研究与探讨 广东建材２０１０年第２期 基于有限元的 钢筋混凝土空心板受力性能分析 余穗霞 （广东物资集团公司） 摘 要：本文使用大型有限元软件ＡＮＳＹＳ对钢筋混凝土圆管空心板进行非线性有限元数值模拟研 究，得出空心板在设计荷载作用下应力分布规律及裂纹情况。通过非线性有限元方法分析研究现浇钢 筋混凝土圆管空心板的基本力学性能，探索其合理的计算模式。 关键词：钢筋混凝土圆管空心板；ＡＮＳＹＳ；有限元；力学性能 １前言 ’现浇钢筋混凝土空心楼盖在我国近几年来被推广 应用，它是一种新型结构体系，目前己越来越多地应用 于工程实际当中［ ］。现浇钢筋混凝土空心板与普通的 双向实心板与单向预制空心板相比，空心板在受力性 能、构造措施及施工工艺等各方面都更为复杂。由于试 验条件的限制，科技研究工作者往往不可能对大量的现 浇钢筋混凝土空心板进行逐一的试验。试验条件的不 同，试验方法的差异，往往也会带来不同的结果和结论。 因此通过非线性有限元方法分析研究现浇钢筋混凝土 空心无梁楼盖的基本力学性能，探索合理的计算模式， 对正确地进行设计，降低工程造价，保障结构的安全使 用，将起到一定的作用。 图１空心板结构图 计值为ｆｔ＝１．４３Ｎ／ｍｍ。，混凝土的弹性模量为Ｅｃ＝３００００ ，泊松比为０．２５。钢筋ＨＲＢ３３５的强度标准值为 东南大学的蓝宗建教授用有限元软件模拟现浇钢 Ｎ／ｍｍ。ｋ＝３３５Ｎ／ｍｍ ，强度设计值为Ｆｙ＝３００Ｎ／ｍｍ ，弹性模量为 筋混凝土空心板其加载全过程，将获得的有限元分析结 Ｆｙ＝２×１０５Ｎ／ｍｍ。。恒载设计值为ｌ２．７９２Ｎ／姗。，活荷载设 果与实验结果进行了比较，证明了有限元分析结果是合 Ｅ 理的［３］。本文使用有限元软件ＡＮＳＹＳ对钢筋混凝土圆管 计值３．２５Ｎ／ｍｍ。。钢筋混凝土圆管空心板配筋如表１所 空心板进行非线性有限元数值模拟研究。通过对一定支 不。 承条件下的圆管空心板进行有限元计算分析，得出空心 板在设计荷载作用下的受力状态、开裂状态和挠度。 截面 跨中 支座 表１空心板配筋图 选配钢筋 Ｘ方向 Ｙ方向 Ｘ方向 Ｙ方向 ２０＠１３０ ２０＠１２０ 实配面积 ８０８ ８７０ ２参数设定 某工程设计中，有一板长短边跨度均为ｌＯｍ的钢筋 混凝土空心板，其结构图如图１所示。考虑大跨度板的 适用情况，拟用四边固支支承条件进行设计。根据实心 板的工程设计经验及有关参考文献，取板厚为跨长的 ３空心板模型的建立 本文采用的是整体式模型，在建立有限元模型时并 ，ｙ、ｚ三 １／２５，即为４００ｍｍ，混凝土采用Ｃ３０，俐筋采用ＨＲＢ３３５。 不需要十分精确的配筋，只需要知道单元各个Ｘ－混凝土Ｃ３０的抗压标准值为Ｆｃｋ＝２０．１Ｎ／ｒａｍ ，抗拉标准值 个截面上钢筋占截面的比例 ］。对于四边固支的圆管空 为ｆ Ｉ‘＝２．０１Ｎ／ｍｍ２，抗压设计值为ｆ￣＝１４．３Ｎ／ｍｍ。，抗拉设 心板的Ｘ和ｙ方向的配筋率都为２％，并考虑板中其他 ２２一 广东建材２０１０年第２期 一研究与探讨 些措施配筋，由于空心板比实心板的构造措施要求更 高，所以ｚ方向的配筋率为０．６％，以提高板的斜截面承 载力。空心圆管有限元整体模型见图２所示。根据模型 的形状及支承条件具有一定的对称性，因此对于四边固 支的实心板和空心板只需要分析其１／４的模型，图３为 １／４圆管空心板模型与荷载、边界条件的设置。另外在 网格划分方面采用自动划分，同时考虑重力荷载和板面 活荷载作用。 图２圆管空心板整体模型 一＿ 图３ １／４圆管空心板模型与荷载、边界条件 ４计算结果分析 ＡＮＳＹＳ的Ｓｏｌｉｄ６５单元是专为混凝土、岩石等抗压 能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元。ＡＮＳＹｓ 系统默认的混凝土破坏准则为ｗｉｌｌａｍ－Ｗａｒｋｅ五参数 （简称Ｗ—Ｗ准则）。采用ｗｉｌｌａｍ—Ｗａｒｋｅ的五参数模型，描 述混凝土破坏特性的效果是比较理想的。 钢筋混凝土圆管空心板有限元计算结果如图４所 示。图５为四边固支的圆管空心板积分点开裂状态图。 从图４中我们可以看出应力主要集中在支座和跨 中板底，而且板的内部在空心部位应力可能发生的位置 都相对集中，从图中还可以看出第一主应力分布呈对称 分布。从图５中可以看出圆管空心板的裂纹受荷载作用 主要出现在支座和跨中板底及其板中的设置空心管区 域的混凝土；混凝土虽然出现裂纹，但是比较轻微，未超 过抗拉极限，没有被压碎的混凝土仍然处于工作状态。 计算得到圆管空心板在设定荷载作用下的挠度为 ２５．１ｍｍ。对钢筋混凝土空心板采用整体式模型，仍然能 较好地反映空心板承受荷载后的开裂、应力、应变与裂 缝开展等情况，采用这种模型来分析是较为合理的。 （ｃ） （ｄ） 图４四边固支圆管空心板第一主应力分布图 图５四边固支的圆管空心板积分点开裂状态图 ４结论 （１）钢筋混凝土圆管空心板在荷载作用下应力主要 集中在支座和跨中板底，而且在空心板内部空心区域应 力发生位置相对集中，应力分布呈对称分布。 （２）圆管空心板的裂纹受荷载作用主要出现在支座 和跨中板底及其板中的设置空心管区域的混凝土；混凝 土出现轻微裂纹，未超过抗拉极限。 （３）对钢筋混凝土空心板采用整体式模型，仍然能较 好地反映空心板承受荷载后的开裂、应力分布等情况。 （４）本文采用有限元软件模拟现浇钢筋混凝土空心 板的加载全过程，可以为空心板的设计提供一定参考价 值。● 【参考文献】 ［１］张廷瑞．ＧＢＦ高强薄壁复合管在大跨度楼板结构中的应用 ［Ｊ］．山西建筑，２００３，２９（４）：１１７—１１８ ［２］丁华东，杨洪君，张永生．谈现浇混凝土空心楼板（ＧＢＦ管）应 用新技术［Ｊ］．黑龙江科技信息，２００８（７）：２３９—２３９ ［３］王志远．现浇钢筋混凝土空心板受力性能的研究及其应用 ［Ｄ］．东南大学硕士学位论文，２００４．３ ［４］李军，张霞．钢筋混凝土板的整体式模型非线性分析［Ｊ］．河南 建材，２００９，（３）：６６—６７ ［５］ＧＢ ５００１０—００２，混凝土结构设计规范［Ｓ］． 一２３—