基于ANSYS的石膏空腔模无梁楼盖拓扑优化设计

石膏空腔模无梁楼盖是以预制石膏空腔模壳为永久性施工内模的整体现浇空心楼盖,其最大优点是降低结构层高,施工方便,但尚存在结构形式单一、经济效益不明显等问题。引入拓扑优化理论和方法,对石膏空腔模无梁楼盖结构进行研究。首先介绍了基于ANSYS的有限元拓扑优化技术的基本原理和方法,以及拓扑优化的数学模型。然后,对实心无梁楼盖进行拓扑优化,阐述了ANSYS拓扑优化分析的一般过程;根据目标函数和约束函数的迭代历程,指出了拓扑优化的优越性;根据单元伪密度分布情况,提出四类石膏空腔模无梁楼盖形式:密肋式楼盖、空腹板架楼盖、井式楼盖、其他网格楼盖。     

两类石膏空腔模无梁楼盖的构造与特点

利用贵州磷化工业产生的废弃磷石膏,通过低成本的降害处理后,加工成一定规格的空腔模壳,作为永久性模板,一次浇注混凝土形成密肋式无梁楼盖或空腹板架楼盖,称为石膏空腔模无梁楼盖。详细介绍了两类石膏模无梁楼盖的结构形式、构造及特点,并分析了他们的适用范围。在大柱网框架结构中,与常规梁板楼盖相比,石膏模无梁楼盖具有较大优势,主要体现在结构高度小、使用功能灵活、综合造价低、隔音效果好等方面。石膏模无梁楼盖具有较大的应用前景。     

新型无梁楼盖磷石膏复合空腔层模盒保温隔热性能试验研究

磷石膏空腔模无梁楼盖作为一种新型建筑楼盖结构形式,兼具建筑维护和结构功能。由于楼盖内部含有较多封闭空腔,在不影响建筑结构的正常使用条件下,封闭空腔中的空气减轻了楼盖整体的自重,同时减少了热量的传播,比传统的现浇混凝土实心楼盖拥有更好的保温隔热性能。通过分析计算和FLUENT模拟发现,当封闭空腔内空气层厚度小于等于20 mm时,基本不发生对流换热,基于此提出新型无梁楼盖磷石膏复合空腔层模盒。通过稳态传热试验,测定了高度300 mm的新型磷石膏模盒总热阻和传热系数,并将新型磷石膏模盒试验数据与相同工况下现有常用同规格磷石膏模盒试验数据进行比较。结果表明,在相同工况下,新型磷石膏复合空腔层模盒保温隔热性能显著优于传统单空腔模盒。     

石膏空腔模异型网格无梁楼盖应力分析

为丰富石膏空腔模无梁楼盖的结构形式,提出三种基于石膏空腔模的异型网格无梁楼盖结构,采用通用有限元软件ANSYS分析其X向正应力、XZ向切应力分布特点.     

磷石膏空腔模无梁屋盖等效热阻理论分析

磷石膏空腔模无梁楼(屋)盖是以预制磷石膏空腔模为永久性施工内模的整体现浇空心板,具备混凝土用量优于实体板、结构高度小、施工便捷等优势,但对该类新型结构体系的热工性能研究尚鲜见报道,热工设计参数的缺乏阻碍了该结构体系的进一步推广应用。本文以T形截面双向密肋式磷石膏空腔模无梁屋盖为研究对象,建立6种截面高度的传热模型及模拟电路,根据等效热阻理论,计算夏季隔热及冬季保温两种工况的等效热阻,并与实心混凝土屋盖、自保温混凝土屋盖对比分析。研究表明:夏季隔热工况的等效热阻比冬季保温工况大;磷石膏空腔模无梁屋盖的保温隔热性能比实心混凝土屋盖好,但其热阻小于自保温混凝土屋盖临界热阻,基于热工性能的截面形式有待进一步改良。     

基于石膏空腔模的两类新型无梁楼盖静力分析研究

石膏膜壳无梁楼盖是以石膏制作的空腔膜壳作为楼板内部的膜壳,然后浇筑混凝土形成的整体现浇空心楼板。该类无梁楼板具有抗弯刚度大,自重轻,结构高度低等特点,但仍存在形式单一、应用面窄等问题。根据文献1的研究成果,选取两类新型无梁楼盖结构,然后利用ANSYS软件对上述两种结构做了竖向荷载下的静力分析,详细研究了其挠度和应力分布,最后根据分析结果对两类楼盖的差异性及应用范围进行了讨论。研究表明:两类无梁楼盖都具有材料用量少、楼盖刚度大、受力性能好等特点;空腹板架式楼盖在应力分布上更为合理而9区格楼盖在施工上更为方便。     

施工缺陷对空心板力学性能的影响分析

建立空心板实体单元的空间有限元计算模型,通过改变顶板、腹板厚度模拟橡胶气囊芯模在混凝土空心板施工中的缺陷,以此考虑空心板施工缺陷对空心板力学性能影响分析的影响,计算结果表明,当气囊上浮时,主要是削弱了空心板的抗弯刚度;当气囊侧向偏移时,对空心板的抗扭性能影响较大.所以,在空心板施工过程中应严格控制施工质量,防止由于气囊芯模上浮或偏移造成空心板出现各种病害,确保桥梁施工质量.     

考虑弦杆约束的新型板桁加劲梁扭转变形计算方法

针对某拟建千米级跨度高速铁路悬索桥所采用的新型板桁加劲梁,依据剪切刚度等效原则,构建闭口薄壁箱形梁连续化等效模型;基于截面刚性周边假定,考虑弦杆纵向约束作用,建立连续化等效模型的扭转平衡微分方程,推导得到扭转角解析公式。构建悬索桥连续化等效单梁有限元模型,推导悬索桥加劲梁扭转角解析式。通过算例验证该解析公式计算所得加劲梁扭转角与空间精细化有限元计算结果吻合良好,弦杆纵向约束作用对新型板桁加劲梁扭转变形影响不可忽略。研究结果表明：相比于空间精细化有限元模型,连续化等效单梁模型计算所得悬索桥加劲梁挠度和扭转角最大相对误差分别为1.8%和14.7%,依据解析式计算所得相对误差分别为7.1%和6.3%;对于悬索桥加劲梁扭转刚度初步设计,上述2种方法的精度误差均在可接受范围内,且计算效率大幅提高,具有较好的适用性。     

组合空腹板架结构的连续化分析

根据钢-混凝土组合空腹板架的构造特点,提出了此结构的连续化分析方法.采用具有三个广义位移的非经典平板理论,并考虑上下表层抗弯刚度,将组合空腹板架结构连续化为具有三层构造的夹层板.得到了拟夹层板的连续化分析的相关微分方程,并推导了矩形平面周边简支条件下高阶微分组的解,得到组合空腹板架结构在均布面荷载作用下的位移、应变、弯矩、剪力的表达式.     

连续钢梁SFRC组合桥面板的优化设计

为探究中大跨径连续钢梁钢纤维混凝土（SFRC）组合桥面板优化设计方法,研究结合SFRC组合板偏拉试验与数值模拟所得SFRC受拉开裂特性,依据现有连续钢梁构造特点,采用SFRC代替原设计中C50混凝土铺装,通过Abaqus建立SFRC组合桥面板钢箱梁节段模型进行参数分析,考察了SFRC板厚、钢顶板厚、配筋率对主梁抗弯刚度、钢结构应力影响的特点。在此基础上以主梁弹性抗弯刚度和关键截面应力为约束条件,以上部结构自重与材料成本为优化目标,对中跨50 m和80 m连续钢梁进行优化。最后依据变量优化结果,采用Midas建立考虑负弯矩区SFRC开裂的杆系模型来验证优化结果的合理性。结果表明：文中引入材料塑性损伤的有限元分析方法具有可靠性,所建立的SFRC裂缝宽度与受拉损伤因子关系可以表征SFRC开裂状态。连续钢梁上80～120 mm厚SFRC层参与受力后使主梁弹性抗弯刚度提升17%～24%,当SFRC裂缝宽度达0.20 mm时,主梁抗弯刚度折减13%～20%;钢顶板应力降低7%～12%,主梁负弯承载力无明显变化。增大顶板厚度与配筋率均可有效改善钢顶板应力。对SFRC层厚、配筋率、钢顶板与顶板加劲肋尺...     

材料和构造各向异性耦合下内置波纹圆筒空心楼盖的刚度理论

为了研究内置波纹圆筒空心楼盖(hollow core slab with built-in bellow,HCSBB)的刚度,综合考虑材料和构造的各向异性,对内置波纹圆筒空心楼盖的刚度理论公式进行修正及改进,并建立数值模型,分析在不同荷载作用下四边简支边界条件下内置波纹圆筒空心楼盖的挠度.有限元模拟结果证明,基于提出的刚度公式计算出的内置波纹圆筒空心楼盖的挠度最大误差为2.82％,精度得到了大幅度的提高,且形式较简单,为研究内置波纹圆筒空心楼盖的力学性能奠定了理论基础.     

新型装配整体式预应力楼盖的整体性能研究与有限元分析

基于新型预制预应力空心楼板实验研究,在新型楼盖中采用新型的板板连接和梁板节点。并用有限元分析软件ANSYS计算的结果与实验结果的进行对比,分析得出了新浇筑的混凝土与老混凝土界面的抗拉强度对结构受力性能的影响较小,新型预应力楼盖在竖向荷载作用下具有较好整体工作性能的结论;然后对一个预制空心楼板的装配整体式楼盖模型进行侧向加载,分析计算了其平面内刚度,同时进行有限元模拟分析这种新型楼盖结构的整体性能、宏观破坏模式,得出新型装配式楼盖具有替代整体现浇楼板或普通预制板 后浇面层楼盖的可行性和可靠性。     

交叉立体桁架系巨型网格结构的简化计算法

针对系巨型网格结构杆件和节点多、计算工作量大的特点,进行了简化计算方面的研究,提出了将立体桁架等效为连续实体梁、按空间法进行有限元计算的等效空间刚架法.分析了立体桁架的等效截面、等效抗弯刚度,并详细推导了其等效抗扭刚度,分析了主体结构不同边界条件的等效处理方法.对比计算分析表明,该方法计算精度高,主要受力杆件的误差保持在5%以内,计算工作量较完全有限元法大幅度降低,是分析巨型网格结构的一种比较优越的方法.     

火灾后钢筋混凝土连续梁力学性能的计算分析

为研究火灾后钢筋混凝土连续梁力学性能,对已有试验结果进行理论分析,并提出计算火灾后构件力学性能简化算法.试验设置1根受火梁及1根对比梁,依据ISO834标准升温曲线对受火梁开展升温试验,静置后,进行受火梁及对比梁常温静载试验.根据实际升温曲线,利用有限元软件对受火梁温度场进行计算,结合常温及火灾损伤后材料力学性能,分析出截面弯矩曲率关系,得出截面抗弯刚度,继而计算出受火连续梁及对比连续梁的弯矩及位移.结果表明:当截面受压区直接受火时,刚度及承载力都有较大降低,其中刚度下降更加显著,当截面受拉区直接受火时,刚度及承载力变化较小;受火梁与对比梁相比,梁弯矩明显更多地向加载点分配,最终导致梁出铰顺序不同,随着荷载增加,常温梁中支座先屈服,继而加载点截面屈服,而受火梁加载点截面先于中支座截面屈服.计算结果与试验结果吻合较好,同时对比分析了传统的计算连续梁的方法,表明其不适用于预测火灾后损伤的连续梁力学性能.     

现浇混凝土空心楼盖几何参数对受力性能影响的分析

采用通用有限元软件ANSYS建立了现浇混凝土空心楼盖的有限元分析模型,对空心楼盖的变形特征、内力分布规律以及影响现浇混凝土空心楼盖内力和变形的肋宽、板厚等因素进行了分析,研究了各楼盖构造参数对现浇混凝土空心楼盖受力性能的影响规律.研究结果表明,楼板的最大主应力随着肋宽的增加有所降低,楼板的抗弯刚度随着板厚的增加有所提高,考虑到构造要求,必须合理选取空心楼盖的肋宽和板厚.     

单层组合网壳的双重非线性稳定问题

推导了梁元和三角形板壳元（ＤＫＴ元）在Ｕ．Ｌ．描述下的双重非线性切线刚度矩阵,对单层组合网壳结构进行了双重非线性稳定荷载－位移全过程跟踪分析,通过对增量形式虚功方程作线性化处理来减少计算量,采用施加线性弹簧法处理非正定切线刚度矩阵,用主,从节点考虑梁与板的耦合作用,分析了梁与板节点偏差的影响,并进行了实验对比研究。分析表明本文方法简便可行。     

考虑楼板组合作用的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

为研究在楼板组合作用下钢管混凝土节点的抗震性能,本文按照1:2比例制作了两个不同梁柱线刚度比的带楼板钢管混凝土柱钢梁节点试件。试验利用MTS液压加载系统对节点梁端施加循环往复荷载进行拟静力试验,并利用ABAQUS软件建立有限元模型进行数值模拟分析。通过试验与有限元模拟,得到了节点的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、强度退化和刚度退化等性能参数。结果表明：两个节点试件在楼板组合作用下,滞回曲线饱满,节点表现出良好的抗震性能;在轴压比不变的情况下,随着梁柱线刚度比的增加,节点的延性、强度和刚度均有所提高;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的准确性,为参数分析提供了依据。     

碳纤维布加固不同锈蚀率钢筋混凝土梁抗弯性能研究

为研究碳纤维布加固不同锈蚀率钢筋混凝土梁的的抗弯性能,通过外加电流法获得锈蚀钢筋混凝土梁粘贴碳纤维布加固后进行受弯试验。结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁整体上随着钢筋锈蚀率的提高,其承载力和抗弯刚度不断降低;锈蚀严重时,会发生脆性破坏;锈蚀混凝土梁粘贴碳纤维布加固可以明显提高其承载力和抗弯刚度;同时随着钢筋锈蚀率的提高,抗弯刚度的增加幅度也不断提高,而承载力的增幅影响不大。在试验及分析结果的基础上,引入锈蚀梁整体刚度退化系数以及考虑到碳纤维布拱作用模式的影响,进而提出了碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的计算方法。     

HPFL加固预制空心板的数值模拟与试验研究

对HPFL加固预制混凝土空心板抗弯性能和抗剪性能进行了试验研究,以此为基础利用ANSYS有限元计算软件对HPFL加固预制空心板进行了数值模拟.与试验结果进行比较分析,研究加固构件的抗弯性能和抗剪性能.通过有限元建模进一步研究了HPFL加固层砂浆强度、HPFL加固层钢筋网尺寸、HPFL加固条带宽度和预制空心板板体拼装方向等因素对HPFL加固预制空心板抗剪性能的影响.结果表明,有限元计算结果与试验结果基本一致,用HPFL加固预制空心板是一种提高预制空心板抗弯性能和抗剪性能的有效加固方法.HPFL加固层砂浆强度和HPFL加固条带宽度对预制空心板抗剪性能影响最大,随着HPFL加固层砂浆强度提高和HPFL加固条带宽度增大,预制空心板抗剪极限承载力显著提高;HPFL加固层钢筋网尺寸对预制空心板抗剪性能影响不明显;HPFL能同时提高预制空心板平面内横、竖两个方向的抗剪极限承载力.