钢筋混凝土矩形板薄膜效应的有限元分析

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已有的试验结果表明,在支承边界受到水平约束条件下,钢筋混凝土板的极限承载力明显高于未受水平约束板的极限承载力,这种现象称为“薄膜效应”。如何准确考虑薄膜效应对板承载力的影响,建立一种技术先进、经济合理的设计理论,已成为工程界需要解决的一大问题。本文首先介绍了薄板的弹性理论及相应的薄板弯曲内力方程和薄板平衡微分方程,同时介绍了板的极限分析方法塑性铰线理论,该理论是本文研究的基础。其次,详细介绍了有限单元法模型,混凝土本构关系,破坏准则以及非线性方程的求解方法。运用有限元软件ANSYS对四边固支试验板进行了仿真计算,并将计算值与最大薄膜应力法计算值和试验值进行对比分析,结果表明有限元法能较真实地反映水平受约束板的实际受力特性。在此基础上运用建立的有限元模型改变板厚、平面尺寸、板的配筋率、混凝土强度,分析各种参数对板薄膜效应的影响规律。最后,基于塑性铰线理论给出了四边固支钢筋混凝土矩形薄板的破坏模型,由虚功原理,推导出考虑薄膜效应情况下钢筋混凝土矩形板的极限承载力公式,其中平均受压区高度为待定参数,通过用MATLAB对非线性有限元程序计算的结果进行了非线性回归分析确定。对比分析表明,该公式与试验值吻合程度良好,可供工程设计以及该问题的进一步研究提供参考。
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