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我国目前的钢筋混凝土梁-板设计理论仍沿用“边支承板”的观念。有限元弹性分析表明,在梁板结构中,梁、板所承担的弯矩在很大程度上取决于梁和板的刚度比。按照“边支承板”设计的楼板与实际楼板的受力特点有较大的差异,特别是在梁板刚度比较小的情况下,如宽扁梁结构。
本研究采用大型有限元软件ANSYS提供的SOLID65单元和LINK8单元,探讨并建立了符合钢筋混凝土梁-板结构特点的非线性有限元模型,并通过与文献[44]模型试验数据的对比分析表明,选择合适的计算分析参数,ANSYS可以较为真实的模拟钢筋混凝土梁.板结构的受力性能。
计算分析模型为一层双向等柱距3跨×3跨钢筋混凝土梁一板结构(足尺模型),按“边支承板”弹性理论、“边支撑板”塑性铰线法以及ACI318[19]直接设计法设计梁-板结构配筋。ANSYS非线性有限元分析结构在正常使用状态、设计荷载及极限状态下的内力分布、裂缝状态、边梁协调扭转扭矩、楼板边缘负弯矩的分布规律等,以及三种设计方法的差异。分析表明,不同设计方法对结构在正常使用状态下内力分布规律影响不大;影响梁.板弯矩分配比例的主要因素是梁-板刚度比α,当α=0.0~0.5时,梁分配的弯矩由0.0急升至60.0%;当α≥9.0后,梁分配的弯矩大体维持在67.0%;梁中支座截面处于偏心受压状态、跨中截面处于偏心受拉状态,板中支座截面处于偏心受拉状态、跨中截面处于偏心受压状态,导致梁跨中截面、板支座截面钢筋应力偏大,以及梁支座截面、板跨中截面钢筋应力偏小。
在上述计算分析的基础上,提出了考虑梁.板结构协同工作的设计方法。并对α=0.6、3.0的模型结构进行了试设计,比较了不同设计方法梁-板的弯矩分布规律和各截面的钢筋应力;比较了结构在不同荷载作用下各截面的钢筋应力值。结果表明,按本文中所总结的设计方法设计的结构满足正常使用状态的要求,且结构设计合理。