一、引言

　　無(wú)梁樓蓋體系是近年來(lái)發(fā)展較快的一項建筑結構新技術(shù)，也叫板柱結構體系。與傳統的梁板結構體系相比，它有整體性好，建筑空間大，可有效地增加層高等優(yōu)點(diǎn)。采用無(wú)梁樓蓋體系的建筑物，其地震效應也明顯小于層高較大的梁板結構體系的建筑物。在施工方面，無(wú)梁樓蓋具有施工支模簡(jiǎn)便，鋼筋綁扎及管線(xiàn)安裝方便，提高施工速度。因此，在大跨度，大空間這類(lèi)特殊要求的結構，采用無(wú)梁樓蓋具有明顯的經(jīng)濟和社會(huì )效益。特別是箱型樓蓋，更具有優(yōu)勢。在此，主要目的是針對普通無(wú)梁樓蓋的受力性態(tài)，分析改良其性能的辦法和途徑。給出一般實(shí)心無(wú)梁樓蓋結構構造，并采用ANSYS對其建模，分析其力學(xué)性能特點(diǎn)，得出一些結論，以便今后的研究發(fā)展方向。

　　二、無(wú)梁樓蓋結構的構造

　　無(wú)梁樓蓋目前有實(shí)心和空心之分，空心的性能較實(shí)心好，加預應力效果更好。因跨度一般比較大，此種板較一般普通板厚些�？裳乜v橫雙向布置暗梁，以提高鋼筋和混凝土的相互作用效果。板在邊梁上部配負筋，彎錨入混凝土暗梁或通長(cháng)；在板底配通長(cháng)鋼筋。上部負彎矩鋼筋和下部受力筋均按照彎矩計算配設，板厚按剪力計算配設。也可用一些暗梁將板分成若干塊，板和暗梁共同構成無(wú)梁樓蓋。本文為了建模分析方便，采用配筋率反映結構的配筋量。平面為10200mm×10200mm雙向板，厚300mm，分三層，上下配筋率均為0.01；其周?chē)鸀閷?00墻或梁，作為剛性體處理。

　　三、力學(xué)性能分析

　　板有混凝土和鋼筋兩種不同的材料構成，結構主要利用混凝土的抗壓強度好和鋼筋的抗拉強度好這一特點(diǎn)，主要讓混凝土承擔壓力，鋼筋承擔拉力。將鋼筋和混凝土材料性質(zhì)試驗所測定的本構關(guān)系應用與構件，不考慮鋼筋和混凝土的相互影響、加載速度和持續時(shí)間等的變化，忽略混凝土收縮、徐變、溫濕度變化引起的內應力和變形狀態(tài)。板在均布豎向荷載作用下，中部彎矩較大，在縱橫兩個(gè)方向都將彎曲，撓度大；端部剪力較大，截面上部存在拉應力；這些是影響無(wú)梁樓蓋板承載力的主要考慮因素。在彈性階段，中部底板存在拉應力，頂板沿邊緣存在拉應力；在塑性階段，中部底板出現沿塑性鉸的裂縫，頂板沿邊緣塑性鉸出現裂縫；考慮到這種力學(xué)性能，板的設計中，鋼筋布置主要沿拉應力方向，發(fā)揮材料的性能。

　　四、ANSYS程序建模

　　鋼筋混凝土的有限元模型根據鋼筋的處理方式主要分為：分離式、組合式、整體式三種方式。三種模式在計算機性能要求、運用范圍各有特點(diǎn)，三種模式特點(diǎn)如下：

　　分離式模型：把鋼筋和混凝土作為不同的單元來(lái)處理，即混凝土和鋼筋各自劃分為足夠小的單元，兩者的剛度矩陣是分開(kāi)來(lái)求解的，考略到鋼筋是一種細長(cháng)材料，通�？梢院雎云錂M向抗剪強度，把鋼筋作為線(xiàn)單元處理。鋼筋和混凝土之間可以插入粘結單元來(lái)模擬鋼筋和混凝土之間的粘結和滑移。一般鋼筋混凝土是存在裂縫的，而開(kāi)裂必然導致鋼筋和混凝土變形的不協(xié)調，發(fā)生粘結失效和滑移。

　　組合式模型：組合式模型又分兩種，一種是分層組合式，在橫截面上分成許多混凝土層和若干鋼筋層，并對應變作出某些假設；另一種是采用帶鋼筋的等參單元。

　　整體式模型：將鋼筋分布于整個(gè)單元中，假定混凝土和鋼筋粘結很好，并把單元視為連續均勻材料，他一次求得綜合矩陣。

　　考慮到模型單元數量過(guò)多，對硬件要求過(guò)高，采用整體式模型比較適合解決此問(wèn)題。

　　本構關(guān)系及破壞準則：混凝土的本構關(guān)系就是表示在各種外載作用下的混凝土應力應變的響應關(guān)系。假設材料是連續介質(zhì)，結合混凝土的力學(xué)特性，確定所需的材料參數。本構關(guān)系分為：線(xiàn)性彈性，非線(xiàn)性彈性，彈塑性。線(xiàn)性彈性理論認為材料服從胡克定律；非線(xiàn)性彈性有一一對應的關(guān)系，但應力和應變不成比例關(guān)系；彈塑性理論不存在一一對應和線(xiàn)形關(guān)系。破壞準測是在試驗的基礎上，考慮到混凝土的特點(diǎn)而求出來(lái)的，又單軸，雙軸和三軸強度理論。

　　混凝土采用SOLID65單元，此種單元可定義三種不同的加固材料，加固材料采用鋼筋，也可同時(shí)考慮碳纖維，鑒于為分析未加碳纖維結構，不加碳纖維。SOLID65單元具有線(xiàn)性行為和非線(xiàn)性行為，能預測彈性行為，開(kāi)裂行為和壓碎行為。開(kāi)裂模擬是通過(guò)修正應力－應變關(guān)系，引入垂直于裂縫表面方向上的一個(gè)缺陷平面來(lái)表示在某個(gè)積分點(diǎn)上出現了裂縫。當裂縫張開(kāi)時(shí)，后繼荷載產(chǎn)生了在裂縫表面的滑動(dòng)或剪切時(shí)，引于一個(gè)剪切力傳遞系數來(lái)模擬剪切力的損失。如果裂縫時(shí)閉合的，那么所有垂直于裂縫面的壓應力都傳遞到裂縫上，但剪切力傳遞原來(lái)的一部分。壓碎意味著(zhù)結構完整性的完全退化，當出現壓碎情況時(shí)，材料強度已經(jīng)退化到積分點(diǎn)上對單元剛度矩陣的貢獻完全可以忽略了的地步，此結構不考慮混凝土壓碎。

　　材料性質(zhì)：

　　混凝土彈性模量：E=24000Mpa，軸心抗壓強度f(wàn)c=14.3，泊松比v=0.2，單軸抗拉強度f(wàn)t=3.1125Mpa，鋼筋采用雙線(xiàn)性隨動(dòng)硬化材料，E=2e5Mpa，v=0.25，σ0.2=360Mpa，硬化斜率20000，配筋率為0.01，沿長(cháng)寬兩方向布置。支座增加鋼性墊片�？紤]彈性變形和彈塑性變形。

　　五、建模步驟

　　打開(kāi)ANSYS10.0，按照如下步驟建立模型。

　�、欧治鲱�(lèi)型為結構分析；

　�、贫�義Solid65為1號單元，Solid45單元為2號單元（用于鋼性墊片），選擇ingtegrationpts；

　�、嵌�義實(shí)常數：mat1=2,Vr1=0.01，theta1=90,phil=0;mat2=2,Vr2=0.01,theta2=0,phil2=0

　�、榷�義材料屬性（鋼筋和砼的彈性模量和泊松比）；

　　六、網(wǎng)格劃分

　　采用自由劃分，劃分混凝土網(wǎng)格及墊片網(wǎng)格。設定單元對應的材料單元類(lèi)型。合并、壓縮重復接點(diǎn)和單元，將墊片和板合并；

　　七、加載、求解

　　邊界條件，將支座鋼性墊片上側面所有自由度約束。施加15KN/m2荷載，設置分析選項，打開(kāi)大變形開(kāi)關(guān)。選擇所有元素，求解。

　　八、計算結果及分析

　　第一主應力等值線(xiàn)分布：上下，左右對稱(chēng)，原因是由于在選擇邊界條件時(shí)露選左右剛性墊片的原因，造成結構形式為單跨形式。主應力沿剛性墊片的邊緣。

　　裂紋分布情況：裂紋分布也是對稱(chēng)的，主要在分布在板的中部，四個(gè)角部無(wú)宏觀(guān)裂紋，這些部位正是彎矩較大的地方。

　　鋼筋平均等效應力：鋼筋的平均等效應力也是中部大，邊緣小，說(shuō)明在應力較大的地方配置鋼筋是有利的，在應力較小的地方，不能充分發(fā)揮鋼筋抗拉強度大的優(yōu)勢。

　　板的變形：板的撓度是中部大，四邊為零。

　　九、結語(yǔ)

　　空心樓蓋中部撓度和應力很大，沿四邊頂部和中部底板出現裂縫積分點(diǎn)開(kāi)裂狀態(tài)；在這些易開(kāi)裂的部位施加預應力是控制裂縫最好的辦法。

　　參考文獻：

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