壓型鋼板與混凝土組合樓板王鵬

1、1第三章第三章 壓型鋼板與混凝土組合板壓型鋼板與混凝土組合板組合結(jié)構(gòu)理論組合結(jié)構(gòu)理論姓名姓名 王鵬王鵬專業(yè)專業(yè) 結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)工程學(xué)號(hào)學(xué)號(hào) 1520814020172壓型鋼板與混凝土組合板壓型鋼板與混凝土組合板目目 錄錄3.1概述概述 43.2壓型鋼板壓型鋼板-混凝土組合板的類型混凝土組合板的類型 9 3.3壓型鋼板的形式及截面特征壓型鋼板的形式及截面特征 113.4組合板的破壞模式組合板的破壞模式 133.5組合板的設(shè)計(jì)和計(jì)算組合板的設(shè)計(jì)和計(jì)算 163.6組合板的計(jì)算原則和方法組合板的計(jì)算原則和方法 2233.7組合樓板的振動(dòng)控制組合樓板的振動(dòng)控制 263.8構(gòu)造要求構(gòu)造要求 273.9組合板

2、的有限元分析組合板的有限元分析 313.10組合板研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題組合板研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題 43 43.1概述概述1.基本概念：壓型鋼板與混凝土組合板是基本概念：壓型鋼板與混凝土組合板是20世紀(jì)世紀(jì)60年代前后興起的一種新型組合結(jié)構(gòu)。年代前后興起的一種新型組合結(jié)構(gòu)。壓型鋼板混凝土組合樓板：利用凹凸相間的壓型薄鋼板做襯板與現(xiàn)澆混凝土澆筑在一起支承在鋼梁上構(gòu)成整體型樓板，主要由樓面層、組合板和鋼梁三部分組成。適用于大空間建筑和高層建筑，在國(guó)際上已普遍采用。 第三講第三講 壓型鋼板與混凝土組合板壓型鋼板與混凝土組合板 562.分類分類（壓型鋼板按其在組合板中的作用可分為壓型鋼板按其在組合板中的

3、作用可分為三類）三類）：n以壓型鋼板作為板的主要承重構(gòu)件，混凝土只是作為以壓型鋼板作為板的主要承重構(gòu)件，混凝土只是作為板的面層以形成平整的表面及起到分布荷載的作用。按板的面層以形成平整的表面及起到分布荷載的作用。按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范進(jìn)行施工階段和使用階段計(jì)算。鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范進(jìn)行施工階段和使用階段計(jì)算。n壓型鋼板僅作為澆筑混凝土的永久性模板，并作為施壓型鋼板僅作為澆筑混凝土的永久性模板，并作為施工時(shí)的操作平臺(tái)。考慮施工階段荷載，按鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算。工時(shí)的操作平臺(tái)?？紤]施工階段荷載，按鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算。使用階段僅考慮混凝土，按按混凝土規(guī)范計(jì)算混凝土板。使用階段僅考慮混凝土，按按混凝土規(guī)范計(jì)算混凝土板。n以上兩類均屬于非組

4、合板。以上兩類均屬于非組合板。n考慮組合作用的壓型鋼板混凝土考慮組合作用的壓型鋼板混凝土組合板組合板。施工階段壓。施工階段壓型鋼板作為模板及澆注混凝土的作業(yè)平臺(tái)。使用階段，型鋼板作為模板及澆注混凝土的作業(yè)平臺(tái)。使用階段，壓型鋼板相當(dāng)于鋼筋混凝土板中的受拉壓型鋼板相當(dāng)于鋼筋混凝土板中的受拉7 鋼筋，在全部靜載及活載作用下，考慮二者鋼筋，在全部靜載及活載作用下，考慮二者的作用。本章主要講第三類，即組合樓板。的作用。本章主要講第三類，即組合樓板。n3.組合樓板優(yōu)點(diǎn)組合樓板優(yōu)點(diǎn)1) 壓型鋼板作為澆灌混凝土的模板，節(jié)省了大壓型鋼板作為澆灌混凝土的模板，節(jié)省了大量木模板及其支撐。量木模板及其支撐。 2)

5、壓型鋼板工廠生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放方便，節(jié)省壓型鋼板工廠生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放方便，節(jié)省大量支模工作，并且改善了施工條件。大量支模工作，并且改善了施工條件。 3) 在使用階段，由于組合作用，可代替受拉鋼在使用階段，由于組合作用，可代替受拉鋼筋。減少了鋼筋的制作與安裝工作。筋。減少了鋼筋的制作與安裝工作。84) 剛度大，自重輕。剛度大，自重輕。 5) 便于敷設(shè)通信、電力、采暖等管線。便于敷設(shè)通信、電力、采暖等管線。 6) 便于立體作業(yè)，加快施工進(jìn)度，縮短工期。便于立體作業(yè)，加快施工進(jìn)度，縮短工期。 7) 可直接做頂棚。可直接做頂棚。 8) 減小了發(fā)生火災(zāi)的可能性。減小了發(fā)生火災(zāi)的可能性。93.2壓型鋼板壓型

6、鋼板-混凝土組合樓板的類型有：混凝土組合樓板的類型有：1、在壓型鋼板上設(shè)置壓痕，以增加疊合面上的機(jī)械粘結(jié)，如圖（a)2、改變壓型鋼板截面形式，以增加疊合面上的摩擦粘結(jié)，如圖（b)3、在壓型鋼板上翼緣焊接橫向鋼筋，如圖（c)4、在壓型鋼板端部設(shè)置栓釘連接件，以增加柱和板端部錨固，如圖（d)10113.3 3.3 壓型鋼板的形式及截面特征壓型鋼板的形式及截面特征3.3.1 壓型鋼板的形式：壓型鋼板的形式： (1)閉口形槽口的壓型鋼板閉口形槽口的壓型鋼板(圖圖3.1a) (2)軋齒槽或開小孔的壓型鋼板軋齒槽或開小孔的壓型鋼板 (圖圖3.1b) (3)加焊鋼筋的壓型鋼板加焊鋼筋的壓型鋼板(圖圖3.1c

7、) 圖圖3.1123.3.2 3.3.2 壓型鋼板的截面特征壓型鋼板的截面特征1.1. 受壓翼緣的有效計(jì)算寬度受壓翼緣的有效計(jì)算寬度 在與腹板交接處應(yīng)力最大，距腹板愈遠(yuǎn)，應(yīng)力愈小在與腹板交接處應(yīng)力最大，距腹板愈遠(yuǎn)，應(yīng)力愈小，呈曲線遞減。實(shí)用上常把翼緣的應(yīng)力分布簡(jiǎn)化成，呈曲線遞減。實(shí)用上常把翼緣的應(yīng)力分布簡(jiǎn)化成在有效寬度上的均布分布。可近似取在有效寬度上的均布分布?？山迫?，t為壓型鋼板板厚。為壓型鋼板板厚。2 對(duì)壓型鋼板的要求對(duì)壓型鋼板的要求 壓型鋼板的厚度一般不應(yīng)小于壓型鋼板的厚度一般不應(yīng)小于0.75mm。 為便于澆灌混凝土，要求壓型鋼板的平均槽寬不為便于澆灌混凝土，要求壓型鋼板的平均槽寬

8、不小于小于50mm。當(dāng)在槽內(nèi)設(shè)置帶頭栓釘時(shí)，壓型鋼板的。當(dāng)在槽內(nèi)設(shè)置帶頭栓釘時(shí)，壓型鋼板的總高，包括刻痕在內(nèi)不應(yīng)大于總高，包括刻痕在內(nèi)不應(yīng)大于80mm.tbe5013 3.4. 3.4. 組合板的破壞模式組合板的破壞模式 （見圖3.4）1 1. . 彎曲破壞彎曲破壞（沿1-1） 當(dāng)組合板中含鋼量適當(dāng)時(shí)，破壞是當(dāng)組合板中含鋼量適當(dāng)時(shí)，破壞是從受拉區(qū)壓型鋼板及受拉鋼筋開始，從受拉區(qū)壓型鋼板及受拉鋼筋開始，及受拉鋼板及鋼筋首先屈服，板的變及受拉鋼板及鋼筋首先屈服，板的變形裂縫迅速發(fā)展，受壓區(qū)不斷減小，形裂縫迅速發(fā)展，受壓區(qū)不斷減小，最后由于混凝土被壓碎而告破壞。通最后由于混凝土被壓碎而告破壞。通常應(yīng)

9、以含鋼率或常應(yīng)以含鋼率或x x值控制。值控制。2 2. . 縱向水平剪切粘結(jié)破壞縱向水平剪切粘結(jié)破壞（沿2-2） 14 主要由于混凝土與壓型鋼板的界面抗剪切滑移主要由于混凝土與壓型鋼板的界面抗剪切滑移強(qiáng)度不夠，使兩界面成為組合板薄弱環(huán)節(jié)。強(qiáng)度不夠，使兩界面成為組合板薄弱環(huán)節(jié)。破壞特破壞特征征：首先在靠近支座附近的集中荷載處混凝土出現(xiàn)：首先在靠近支座附近的集中荷載處混凝土出現(xiàn)斜裂縫，混凝土與壓型鋼板開始發(fā)生垂直分離，隨斜裂縫，混凝土與壓型鋼板開始發(fā)生垂直分離，隨即壓型鋼板與混凝土喪失抗剪切粘結(jié)能力，產(chǎn)生較即壓型鋼板與混凝土喪失抗剪切粘結(jié)能力，產(chǎn)生較大的縱向滑移。大的縱向滑移。3. 斜截面的剪切破

10、壞斜截面的剪切破壞（沿3-3） 這種破壞一般發(fā)生在當(dāng)組合板的高跨比很大、荷這種破壞一般發(fā)生在當(dāng)組合板的高跨比很大、荷載比較大、尤其是在集中荷載作用時(shí)，發(fā)生支座最載比較大、尤其是在集中荷載作用時(shí)，發(fā)生支座最大剪力處沿斜截面剪切破壞。大剪力處沿斜截面剪切破壞。15圖圖3.4 3.4 組合板破壞模組合板破壞模式式16 3.5組合樓板設(shè)計(jì)計(jì)算：1、正截面承載力計(jì)算當(dāng)塑性中和軸在壓型鋼板上翼緣以上的混凝土內(nèi)， 即 時(shí)：bhffAccsbyxf8 . 0Mcccbf/fAxcs)2/x(hycc017式中：ccxy0hbsAcf組合板受壓區(qū)高度，當(dāng) 時(shí)，取 ； 0cch55. 0 x0cch55. 0 x

11、組合板的有效高度，即從壓型鋼板重心至混凝土受壓 邊緣的距離；壓型鋼板截面應(yīng)力合力至混凝土受壓區(qū)截面應(yīng)力合力 的距離；壓型鋼板肋間距；單位寬度內(nèi)壓型鋼板的截面面積；混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。當(dāng)塑性中和軸在壓型鋼板內(nèi)，即 時(shí)：bhffAccs18cf8 . 0cccbxf8 . 0fA8 . 0sc2yf )AA(8 . 0scs1y)fyAbyhf(8 . 0M2sc1cc由0M由0X)f/bhfA(5 . 0Accssc式中：scA塑性中和軸以上的壓型鋼板面積；191y壓型鋼板受拉區(qū)截面拉應(yīng)力合力至受壓區(qū)混凝土板截面壓 應(yīng)力合力的距離；2y壓型鋼板受拉區(qū)截面拉應(yīng)力合力至壓型鋼板截面壓應(yīng)力合 力的

12、距離；2、斜截面承載力計(jì)算組合板斜截面抗剪承載力應(yīng)滿足下式要求：0tinbhf7 . 0V 式中：inV組合板一個(gè)波距內(nèi)斜截面最大剪應(yīng)力設(shè)計(jì)值；tf混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。203、縱向抗剪承載力計(jì)算thWLVV30r2v10uf式中：vL組合板的簡(jiǎn)跨（mm)，一般可取Lv=M/N，對(duì)均布荷載下 的板可取為板垮的1/4；rW3210,uVtfV組合板的平均肋寬；壓型鋼板的厚度（mm)；組合板的抗剪承載力（kN/m)；組合板的縱向剪力設(shè)計(jì)（kN/m)；剪力粘結(jié)系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定，可參考下列數(shù)值：21142.780、098. 010036. 02625.383、組合板在達(dá)到抗彎承載力極限狀態(tài)時(shí)，縱向剪

13、力設(shè)計(jì)值為：fAVsf4、受沖切承載力計(jì)算組合板在集中荷載作用下的沖切力為V1，應(yīng)滿足下式要求：ccrtlhuf6 . 0V 式中：cru臨界周界長(zhǎng)度，如下圖。ch壓型鋼板頂面以上的混凝土計(jì)算厚度。223.6 組合板的計(jì)算方法和原則 1施工階段施工階段 壓型鋼板作為澆筑混凝土的模板，采用壓型鋼板作為澆筑混凝土的模板，采用彈性彈性方法方法計(jì)算。強(qiáng)邊（順肋）方向的正、負(fù)彎矩和撓計(jì)算。強(qiáng)邊（順肋）方向的正、負(fù)彎矩和撓度應(yīng)按單向板計(jì)算，弱邊（垂直肋）方向不計(jì)算。度應(yīng)按單向板計(jì)算，弱邊（垂直肋）方向不計(jì)算。 施工活荷載一般按施工活荷載一般按等效均布荷載等效均布荷載，根據(jù)施，根據(jù)施工實(shí)際情況確定，但應(yīng)不小

14、于工實(shí)際情況確定，但應(yīng)不小于1.5kN/m2。 考慮到未和混凝土考慮到未和混凝土“組合組合”前，壓型鋼板剛前，壓型鋼板剛度較小，變形較大，因此混凝土體積可能超過度較小，變形較大，因此混凝土體積可能超過圖紙所標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)體積，因此將圖紙所標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)體積，因此將混凝土自重乘以混凝土自重乘以1.1的系數(shù)的系數(shù)23 2使用階段使用階段（1）實(shí)用設(shè)計(jì)法）實(shí)用設(shè)計(jì)法當(dāng)壓型鋼板頂面以上的混凝土厚度為當(dāng)壓型鋼板頂面以上的混凝土厚度為50mm至至100mm時(shí)，組合板時(shí)，組合板強(qiáng)邊強(qiáng)邊（順肋）方向的（順肋）方向的正彎矩和正彎矩和撓度撓度，按承受全部荷載的，按承受全部荷載的簡(jiǎn)支單向板簡(jiǎn)支單向板計(jì)算，計(jì)算，強(qiáng)邊強(qiáng)邊方向方向

15、負(fù)彎矩按固端板取值負(fù)彎矩按固端板取值，不考慮弱邊（垂直肋），不考慮弱邊（垂直肋）方向的正、負(fù)彎矩。方向的正、負(fù)彎矩。 24（2）雙向組合板）雙向組合板n 周邊支承條件周邊支承條件 當(dāng)雙向組合板的跨度大致相等，且相鄰跨是連續(xù)當(dāng)雙向組合板的跨度大致相等，且相鄰跨是連續(xù)時(shí)，板的周邊時(shí)，板的周邊可視為固定邊可視為固定邊。當(dāng)組合板相鄰跨度。當(dāng)組合板相鄰跨度相差較大，或壓型鋼板以上的混凝土板不連續(xù)時(shí)，相差較大，或壓型鋼板以上的混凝土板不連續(xù)時(shí)，應(yīng)將板的周邊應(yīng)將板的周邊視為簡(jiǎn)支邊視為簡(jiǎn)支邊。n 各向異性雙向板各向異性雙向板 對(duì)于各向異性雙向板的彎矩，可將板形狀按有效對(duì)于各向異性雙向板的彎矩，可將板形狀按有效

16、邊長(zhǎng)比加以邊長(zhǎng)比加以修正修正后視作各向同性板的彎矩。強(qiáng)邊后視作各向同性板的彎矩。強(qiáng)邊方向的彎矩，取等于弱邊方向跨度乘以系數(shù)后所方向的彎矩，取等于弱邊方向跨度乘以系數(shù)后所得各向同性板在短邊方向的彎矩；弱邊方向的彎得各向同性板在短邊方向的彎矩；弱邊方向的彎矩，取等于強(qiáng)邊方向跨度乘以系數(shù)后所得各向同矩，取等于強(qiáng)邊方向跨度乘以系數(shù)后所得各向同性板在長(zhǎng)邊方向的彎矩。性板在長(zhǎng)邊方向的彎矩。25n 四邊支承雙向板四邊支承雙向板n強(qiáng)邊（順肋）方向按組合板設(shè)計(jì)，弱邊（垂直肋）強(qiáng)邊（順肋）方向按組合板設(shè)計(jì)，弱邊（垂直肋）方向，僅取壓型鋼板上翼緣以上的混凝土板進(jìn)行方向，僅取壓型鋼板上翼緣以上的混凝土板進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)

17、。n（3）連續(xù)組合板）連續(xù)組合板n對(duì)于連續(xù)組合板，當(dāng)采用對(duì)于連續(xù)組合板，當(dāng)采用彈性方法彈性方法進(jìn)行內(nèi)力分析進(jìn)行內(nèi)力分析時(shí)，若允許支座混凝土開裂，則可按考慮塑性時(shí)，若允許支座混凝土開裂，則可按考慮塑性內(nèi)內(nèi)力重分布力重分布的計(jì)算方法，中間支座處的負(fù)彎矩可適的計(jì)算方法，中間支座處的負(fù)彎矩可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行調(diào)幅。支座負(fù)彎矩降低之后，跨中正彎當(dāng)?shù)剡M(jìn)行調(diào)幅。支座負(fù)彎矩降低之后，跨中正彎矩亦相應(yīng)地增加，即應(yīng)滿足靜力平衡條件。矩亦相應(yīng)地增加，即應(yīng)滿足靜力平衡條件。 263.7 3.7 組合板的振動(dòng)控制組合板的振動(dòng)控制 組合板的自振頻率不能過小，否則容易受外力組合板的自振頻率不能過小，否則容易受外力干擾而發(fā)生較大振動(dòng)

18、，影響結(jié)構(gòu)的安全性和正常使干擾而發(fā)生較大振動(dòng)，影響結(jié)構(gòu)的安全性和正常使用。用。 板的自振周期應(yīng)滿足：板的自振周期應(yīng)滿足： 可按下列近似方法計(jì)算自振頻率：可按下列近似方法計(jì)算自振頻率： zHf15(3.50) ) 0563. 0(1Df(3.51)由永久荷載產(chǎn)生的撓度（由永久荷載產(chǎn)生的撓度（mm）。）。 D273.8 3.8 構(gòu)造要求構(gòu)造要求 1.1.壓型鋼板的壓型鋼板的板厚板厚不小于不小于0.75mm，一般為，一般為0.752.5mm。2.組合板的組合板的全高全高不小于不小于90mm,壓型鋼板頂面至組合壓型鋼板頂面至組合板頂面的高度不小于板頂面的高度不小于50mm.3.簡(jiǎn)支組合板簡(jiǎn)支組合板的的

19、跨高比跨高比不大于不大于25,連續(xù)組合板連續(xù)組合板的跨高的跨高比不大于比不大于35。4.連續(xù)板及懸臂板的連續(xù)板及懸臂板的負(fù)彎矩區(qū)負(fù)彎矩區(qū)應(yīng)按計(jì)算配置負(fù)鋼筋應(yīng)按計(jì)算配置負(fù)鋼筋,總量不小于總量不小于0.002bh0 .285.在集中荷載或線性荷載作用下的組合板，應(yīng)在在集中荷載或線性荷載作用下的組合板，應(yīng)在有效寬度有效寬度bef的范圍的范圍內(nèi)配置分布筋，其總面積不內(nèi)配置分布筋，其總面積不少于組合板截面的少于組合板截面的0.2%。當(dāng)板上開洞較大時(shí)，。當(dāng)板上開洞較大時(shí)，應(yīng)在洞口周圍附加鋼筋。附加鋼筋不少于被削弱應(yīng)在洞口周圍附加鋼筋。附加鋼筋不少于被削弱部分的面積。部分的面積。6.為了防止混凝土收縮及溫度

20、影響為了防止混凝土收縮及溫度影響,也為了分布荷也為了分布荷載載,混凝土內(nèi)應(yīng)配分布鋼筋網(wǎng)混凝土內(nèi)應(yīng)配分布鋼筋網(wǎng),其設(shè)置滿足混凝土其設(shè)置滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求.7.沿墻的四周及角部沿墻的四周及角部,板伸入墻內(nèi)板伸入墻內(nèi),可按混凝土規(guī)可按混凝土規(guī)范配置板頂面的附加鋼筋范配置板頂面的附加鋼筋.29圖圖 組合板的支承要求組合板的支承要求 30圖圖 組合板與支座連接栓釘組合板與支座連接栓釘圖圖 壓型鋼板端部的橫向鋼筋壓型鋼板端部的橫向鋼筋31 3.9 組合板的有限元分析組合板的有限元分析 一一.有限元概述有限元概述1. 由于壓型鋼板一混凝土組合樓板是由由于壓型鋼板一混凝土組合樓板是

21、由兩種不同兩種不同性質(zhì)的材料性質(zhì)的材料混凝土和鋼板混凝土和鋼板組合組合而成的而成的,因此它的因此它的性能明顯地依賴于這兩種材料的性能性能明顯地依賴于這兩種材料的性能,特別是在非特別是在非線性階段。線性階段。2.混凝土和鋼板本身的各種非線性性能混凝土和鋼板本身的各種非線性性能,都不同程都不同程度地在這種組合結(jié)構(gòu)中反映出來。度地在這種組合結(jié)構(gòu)中反映出來。3.在用傳統(tǒng)的在用傳統(tǒng)的解析方法解析方法分析鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)的分析鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)的非線性問題時(shí)非線性問題時(shí)只能解決一些非常簡(jiǎn)單的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)只能解決一些非常簡(jiǎn)單的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的計(jì)算的計(jì)算,對(duì)于大量的組合結(jié)構(gòu)的分析問題對(duì)于大量的組合結(jié)構(gòu)的分析問題,

22、只能用只能用數(shù)數(shù)值分析方法值分析方法解決。解決。有限元法有限元法作為一個(gè)強(qiáng)有力的數(shù)值作為一個(gè)強(qiáng)有力的數(shù)值分析工具分析工具,在對(duì)結(jié)構(gòu)的非線性分析中發(fā)揮了越來越在對(duì)結(jié)構(gòu)的非線性分析中發(fā)揮了越來越大的作用。大的作用。32 4.用用有限元法有限元法對(duì)鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)對(duì)鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí),可可以在計(jì)算模型中以在計(jì)算模型中分別反映分別反映混凝上和鋼筋材料的混凝上和鋼筋材料的非線非線性特性性特性;可以用特殊的可以用特殊的單元模擬兩者之間的組合作用兩者之間的組合作用;可以在一定程度上可以在一定程度上模擬模擬節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造和邊界條件節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造和邊界條件;可以可以提供大量的提供大量的結(jié)構(gòu)反應(yīng)結(jié)構(gòu)

23、反應(yīng)信息信息,如應(yīng)力如應(yīng)力,變形的全過程變形的全過程,結(jié)結(jié)構(gòu)開裂以后的各種狀態(tài)構(gòu)開裂以后的各種狀態(tài);借助借助先進(jìn)的先進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖形顯示計(jì)算機(jī)圖形顯示技術(shù)技術(shù),還可以還可以直觀直觀地看到結(jié)構(gòu)受荷后從彈性變形到開地看到結(jié)構(gòu)受荷后從彈性變形到開裂、破壞的裂、破壞的全過程全過程,33 有限元法是一種離散化的數(shù)值方法有限元法是一種離散化的數(shù)值方法。離散后的單元離散后的單元與單元間通過節(jié)點(diǎn)相聯(lián)系與單元間通過節(jié)點(diǎn)相聯(lián)系,所有力和位移都通過節(jié)點(diǎn)所有力和位移都通過節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算。對(duì)每個(gè)單元對(duì)每個(gè)單元,選取適當(dāng)?shù)牟逯岛瘮?shù)選取適當(dāng)?shù)牟逯岛瘮?shù),使得該使得該函數(shù)在子域內(nèi)部、子域分界面上函數(shù)在子域內(nèi)部、子域分界面

24、上(內(nèi)部邊界內(nèi)部邊界)以及子以及子域與外界分界面域與外界分界面(外部邊界外部邊界)上都上都滿足一定的條件滿足一定的條件。然后把所有然后把所有單元的方程組合起來單元的方程組合起來,就得到了整個(gè)結(jié)構(gòu)就得到了整個(gè)結(jié)構(gòu)的方程。求解該方程組的方程。求解該方程組,就可以得到結(jié)構(gòu)的就可以得到結(jié)構(gòu)的近似解近似解。 6.有限元法的一個(gè)有限元法的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)突出優(yōu)點(diǎn)就是能夠有效地考慮就是能夠有效地考慮結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,如邊界條件變化、構(gòu)件剛度變化、如邊界條件變化、構(gòu)件剛度變化、材料屬性變化、溫度變化等材料屬性變化、溫度變化等,它還可以它還可以考慮各種參考慮各種參數(shù)數(shù)變化時(shí)產(chǎn)生的影響變化時(shí)產(chǎn)生的影響,允許進(jìn)

25、行參數(shù)分析計(jì)算允許進(jìn)行參數(shù)分析計(jì)算,使分使分析更符合實(shí)際。析更符合實(shí)際。347.有限元模擬分析實(shí)際上就是對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的有限元模擬分析實(shí)際上就是對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的合理合理簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化然后進(jìn)行然后進(jìn)行數(shù)值分析數(shù)值分析,其成功與否主要取決于以其成功與否主要取決于以下幾方面的工作下幾方面的工作:（1）單元類型單元類型的選取的選取(2)線性材料的線性材料的本構(gòu)關(guān)系本構(gòu)關(guān)系(3)各種單元之間的各種單元之間的協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)(4)載荷的施加載荷的施加（5）非線性求解）非線性求解35 二二.單元類型單元類型對(duì)壓型鋼板一混凝土組合樓板的建模對(duì)壓型鋼板一混凝土組合樓板的建模,ANSYS中提供的中提供的多層殼單元多層殼單元,忽略壓型鋼

26、板與混凝土之間的忽略壓型鋼板與混凝土之間的滑移滑移.三三.材料特性材料特性 本構(gòu)關(guān)系所基于的本構(gòu)關(guān)系所基于的理論模型理論模型主要有主要有:彈性理論、非彈性理論、非線性彈性理論、彈塑性理論、粘彈性理論、粘塑性線性彈性理論、彈塑性理論、粘彈性理論、粘塑性理論、斷裂力學(xué)理論、損傷力學(xué)理論、內(nèi)時(shí)理論等。理論、斷裂力學(xué)理論、損傷力學(xué)理論、內(nèi)時(shí)理論等。慮到鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及計(jì)算分析的方便慮到鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及計(jì)算分析的方便,在鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)非線性有限元分析中應(yīng)用較在鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)非線性有限元分析中應(yīng)用較多的是多的是非線性彈性理論和彈塑性理論非線性彈性理論和彈塑性理論。36 四四.壓

27、型鋼板材料特性壓型鋼板材料特性 對(duì)于壓型鋼板來說對(duì)于壓型鋼板來說,由于平板被壓成凹凸肋由于平板被壓成凹凸肋,這樣就使這樣就使得板的兩個(gè)方向的彈性模量和泊松比有很大的差異得板的兩個(gè)方向的彈性模量和泊松比有很大的差異:順肋順肋方向具有一定的抗彎能力方向具有一定的抗彎能力,而垂直于肋的方向上抗彎能力而垂直于肋的方向上抗彎能力較差。較差。因此因此,壓型鋼板的壓型鋼板的本構(gòu)關(guān)系采用采用 ,可以可以在三個(gè)方向定義不同的雙折線應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系以及不同的拉伸、壓縮和剪切特性。五五.有限元模型的建立有限元模型的建立 對(duì)壓型鋼板一混凝土組合樓板的建模對(duì)壓型鋼板一混凝土組合樓板的建模,可采用可采用實(shí)體實(shí)體模型模型。在

28、。在組合樓層中組合樓層中,組合板通?？梢园春?jiǎn)支板設(shè)計(jì)組合板通?？梢园春?jiǎn)支板設(shè)計(jì),為便于闡述為便于闡述,下面就簡(jiǎn)支組合板來介紹有限元模型的下面就簡(jiǎn)支組合板來介紹有限元模型的建立。以建立。以完全剪力連接組合板完全剪力連接組合板為例：為例：37六六.完全剪力連接組合板的建模完全剪力連接組合板的建模模型模型1.壓型鋼板的等效壓型鋼板的等效 壓型鋼板壓型鋼板等價(jià)等價(jià)為正交各向異性平板的為正交各向異性平板的等價(jià)條件等價(jià)條件是是:在板邊緣施加在板邊緣施加水平力水平力時(shí)時(shí),壓型鋼板產(chǎn)生的位移和變形壓型鋼板產(chǎn)生的位移和變形與平板產(chǎn)生的與平板產(chǎn)生的位移與變形相等位移與變形相等,且具有且具有相同的尺寸和相同的尺寸和

29、厚度。厚度。38式中式中 分別為局部坐標(biāo)系：分別為局部坐標(biāo)系： 軸方向的等效彈軸方向的等效彈性模量性模量; 是因是因y向的應(yīng)變而導(dǎo)致向的應(yīng)變而導(dǎo)致 向應(yīng)變的泊松比向應(yīng)變的泊松比, 是。是。 是與是與 垂直的垂直的y向的泊松比向的泊松比; 是等效剪切模是等效剪切模量量,如圖如圖3.7所示。這所示。這5個(gè)量中只有個(gè)量中只有4個(gè)是獨(dú)立的個(gè)是獨(dú)立的,它們它們之間存在著關(guān)系式之間存在著關(guān)系式.根據(jù)基本材料的彈性模量及壓型鋼板的斷面幾何參數(shù)根據(jù)基本材料的彈性模量及壓型鋼板的斷面幾何參數(shù),利利用等價(jià)條件可以得到：用等價(jià)條件可以得到：3940圖圖3.7等價(jià)各向異性板的兩等價(jià)各向異性板的兩個(gè)方向個(gè)方向圖圖3.8

30、矩形波壓型鋼板剪切變矩形波壓型鋼板剪切變形及幾何尺寸形及幾何尺寸式中式中b的值要通過的值要通過等效原則等效原則來確定來確定,即即壓型鋼板的慣性矩與矩形板的慣性矩壓型鋼板的慣性矩與矩形板的慣性矩相等的原則相等的原則來確定來確定,取計(jì)算結(jié)果中的較取計(jì)算結(jié)果中的較大值。大值。414243 3.10組合板研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題組合板研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題 目前目前,國(guó)內(nèi)外常用的壓型鋼板形式有許多種國(guó)內(nèi)外常用的壓型鋼板形式有許多種,在與混在與混凝土組合時(shí)凝土組合時(shí),混凝土板的厚度、強(qiáng)度也有很多選擇。不混凝土板的厚度、強(qiáng)度也有很多選擇。不同形式的壓型鋼板一混凝土組合樓板的承載力是不一樣同形式的壓型鋼板一混凝土組合樓板的承載力是不一樣的的,但但在選用壓型鋼板形式時(shí)在選用壓型鋼板形式時(shí),往往以加工方便為首要因往往以加工方便為首要因素素,而而忽略了對(duì)承載力的有利影響忽略了對(duì)承載力的有利影響。因此。因此,分析比較各個(gè)分析比較各個(gè)因素對(duì)因素對(duì)組合板承載力的影響的影響,為工程上組合板各參數(shù)的為工程上組合板各參數(shù)的選擇提供理論依據(jù)是很有必要的。選擇提供理論依據(jù)是很有必要的。 到