王崇革，王雅坤

（山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東 青島 266510）

0 引 言

現(xiàn)代建筑對大跨度、大空間、自重、承載力等提出了更高的要求。為了滿足這些需求，人們研究更加實(shí)用且經(jīng)濟(jì)性能更好的樓蓋體系?；炷怜B合箱網(wǎng)梁樓蓋是作為一種新型樓蓋,是由預(yù)制的疊合箱與現(xiàn)澆肋梁連接形成梁板合一的整體構(gòu)造,房間的凈空面積，工藝先進(jìn)，板、梁受力合理、安全可靠[1]。

結(jié)合工程實(shí)例,通過ANSYS軟件，對淄博廣垠新材料有限公司綜合樓工程三層會議廳混凝土疊合箱網(wǎng)梁樓蓋的力學(xué)性能進(jìn)行了分析，研究了疊合箱與肋梁形成的梁板合一的整體構(gòu)造在荷載的作用下，樓板的受力特點(diǎn)，根據(jù)分析結(jié)果對樓蓋進(jìn)行了優(yōu)化，有效提高了樓蓋的承載能力及抗變形能力。

1 工程概況

本項(xiàng)目研究對象為淄博廣垠新材料有限公司綜合樓工程三層會議廳。工程建設(shè)地點(diǎn)：淄博市高新區(qū)，框架結(jié)構(gòu)，地上6層，建筑高度：26.8m，標(biāo)準(zhǔn)層層高：3.6m，總建筑面積：6848m2，總工期：599d。三層會議廳層高5.3m，跨度為19.6m×33m。

2 計算模型

本文以8.4m×8.4m的混凝土網(wǎng)梁樓蓋（見圖1）為例，疊合箱采用1000mm×1000mm，高度為500mm的疊合箱,肋梁凈間距是1400mm。

在ANSYS中，混凝土與鋼筋的組合模型大致分為3種，即分離式模型、整體式模型和組合式模型?？紤]到混凝土疊合箱網(wǎng)梁樓蓋的特點(diǎn)，樓蓋內(nèi)有大量鋼筋，且鋼筋分布較均勻，故選擇整體式模型進(jìn)行分析[2]。

2.1 基本參數(shù)

混凝土強(qiáng)度等級為C30，彈性模量為3×104MPa，使用多線性等向強(qiáng)化模型。泊松比為0.2，裂縫張開剪力傳遞系數(shù)取0.5，裂縫閉合剪力傳遞系數(shù)取0.9，為了計算收斂，將混凝土的單軸抗壓強(qiáng)度值設(shè)為-1[2]。

假定鋼筋各向同性，彈性模量取2×105MPa，泊松比取0.3，采用Von-Mises等向強(qiáng)化準(zhǔn)則[3]，鋼筋本構(gòu)關(guān)系取雙線性等向強(qiáng)化模型，屈服應(yīng)力為360MPa，硬化斜率為20000。

2.2 單元類型的選取

對混凝土疊合箱網(wǎng)梁樓蓋進(jìn)行非線性有限元分析,其關(guān)鍵在于選擇合理的單元類型。建立在合理的單元類型基礎(chǔ)上的有限元模型能較準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)自開始受荷到破壞的全過程,能得到關(guān)于結(jié)構(gòu)在各階段的受力性能、鋼筋的屈服與強(qiáng)化以及混凝土壓碎破壞等大量信息,從而了解結(jié)構(gòu)的破壞特性，為設(shè)計提供可靠信息?；炷羻卧捎脝卧獛熘械腟OLID65單元，添加2種鋼筋材料[4]。在一般情況下，可將混凝土單軸受壓強(qiáng)度值設(shè)為-1，否則計算不易收斂。

2.3 邊界條件

為了使所建模型盡量接近工程實(shí)際，邊界采用的是四邊簡支加載，通過添加位移荷載來實(shí)現(xiàn)。

2.4 網(wǎng)格劃分

六面體的SOLID 65單元一般比四面體的單元計算要穩(wěn)定且收斂性好，通過ANSYS軟件所提供的網(wǎng)格劃分工具直接進(jìn)行網(wǎng)格劃分,這時僅需輸入網(wǎng)格的尺寸、形式即可。在本文中鋼筋混凝土的單元為棱長是200mm的正方體[5]。

3 計算結(jié)果及分析

3.1 撓度云圖分析

3.1.1 Y向撓度云圖

由變形前后模型圖及Y向撓度云圖可以看出，混凝土疊合箱網(wǎng)梁樓蓋的最大變形發(fā)生在樓蓋的中央部位。撓度云圖通過不同顏色來反映不同的變形。Y向的撓度變化見圖3。力學(xué)性能與一般的雙向受力樓板的受力性能相似,表現(xiàn)出明顯的雙向受力特點(diǎn)。樓蓋的四邊撓度最小，中心撓度最大。因此，為了提高樓板的承載力，可通過在樓蓋的中央部位采取有效措施，如加大鋼筋的配筋率或選用高強(qiáng)度鋼筋等。

3.1.2 X與Z向撓度云圖

X向撓度云圖與Z向撓度云圖大致呈現(xiàn)對稱狀。從大體的撓曲狀態(tài)來看,均可以反映出樓板X與Z方向的近似變形規(guī)律。由云圖可得，變形最大區(qū)域與變形最小區(qū)域是對稱的,都發(fā)生在樓板兩側(cè)的邊緣附近。其撓度變形相對于Y向變形較小,所以主要考慮Y方向的變形。從X向變形云圖,我們可以得出樓蓋兩側(cè)邊緣附近為較薄弱的區(qū)域,當(dāng)樓蓋跨度較大或剛度薄弱、不均勻時,為保證抗變形能力,應(yīng)在該位置采取加強(qiáng)保護(hù)措施。

3.2 應(yīng)力云圖分析

由X向應(yīng)力圖可以看出，在兩側(cè)邊緣的應(yīng)力較小，樓蓋中央的應(yīng)力最大，說明樓蓋的破壞最初發(fā)生在中央。由X向頂面及底面應(yīng)力圖可以看出，底面的中央應(yīng)力較大，且為拉應(yīng)力，相對于頂面混凝土更容易破壞，因此，一般可通過加大底面混凝土厚度及增加鋼筋等，以提高樓板的抗變形能力。

由Von-Mises應(yīng)力圖可以看出，樓板的四周為應(yīng)力最小的位置，而在靠近四邊的肋梁為應(yīng)力最大的位置。在這一區(qū)域附近，存在剪力較大的區(qū)域，疊合箱的位置相對周圍肋梁的應(yīng)力大，因此這一位置的疊合箱最先破壞。且疊合箱所處位置的應(yīng)力均比周圍的肋梁應(yīng)力大，但因?yàn)檫@些應(yīng)力均不混凝土的極限拉應(yīng)力，因此混凝土沒有開裂。

4 結(jié) 語

①混凝土疊合箱與肋梁共同工作，整體性良好。由各向撓度云圖可知，混凝土疊合箱網(wǎng)梁樓蓋的力學(xué)性能與一般的雙向受力樓板的受力性能相似,表現(xiàn)出明顯的雙向受力特點(diǎn)。樓蓋的最大撓曲變形發(fā)生在中央部位，樓蓋的四邊撓度較小。

②通過對由X向應(yīng)力頂面和底面圖反映出，底面的中央應(yīng)力較大，且為拉應(yīng)力，相對于頂面混凝土更容易破壞。因此，一般可通過加大底面混凝土厚度及增加鋼筋等，以提高樓板的抗變形能力。

③Von-Mises云圖可知，混凝土疊合箱網(wǎng)梁樓蓋在荷載作用下，疊合箱所處的位置相對周圍肋梁的應(yīng)力大，如果樓蓋發(fā)生破壞，裂縫應(yīng)首先出現(xiàn)在箱體與肋梁的交界面處。一般可通過加大底面混凝土厚度及增加鋼筋等，以提高樓板的抗變形能力。

通過對混凝土疊合箱網(wǎng)梁樓蓋的有限元分析，可以了解樓蓋在應(yīng)力作用下的撓曲變形，及應(yīng)力的發(fā)展等等。通過分析采取相應(yīng)措施，可以有效提高樓蓋的承載能力及抗變形能力。

[1]劉建平.混凝土疊合箱網(wǎng)梁樓蓋的結(jié)構(gòu)分析及施工要點(diǎn)[J].混凝土與水泥制品，2010(2).

[2]劉世忠.基于ANSYS的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性有限元分析[J].四川建筑，2006(4).

[3]司炳君,孫治國,艾慶華.Solid65單元在混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析中的應(yīng)用[J].工業(yè)建筑，2007（1）.

[4]郝文化.ANSYS土木工程應(yīng)用實(shí)例[M].北京:中國水利水電出版社,2002.

[5]趙志平,常建立,楊曉光.利用ANSYS對碳纖維布加固RC梁的非線性有限元分析[J].四川建筑科學(xué)研究，2006(2).

[6]趙考重,李自然,王莉,孫雙軍,房曉朋,王超.裝配箱混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)受力性能試驗(yàn)研究[J].工程力學(xué),2011(6).