钢筋混凝土蜂窝梁（开圆孔）受力性能研究

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发布时间：2021-09-12

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钢筋混凝土蜂窝梁(开圆孔)受力性能研究
方梅，邱剑2
(1．武汉大学土木建筑工学院，430072，武汉；2．武'『叉市建筑设计院，430014，武汉)
摘要：钢筋混凝土蜂窝梁能使设备管道从梁腹中穿过，降低建筑层高，在工程中具有广泛的应用前景。然
而相比常用的结构形式，钢筋混凝土蜂窝梁在梁腹开孔后会对构件的强度和刚度产生一定的影响。在武广客运
专线新株洲火车站结构设计中，以候车大厅钢筋混凝土主梁采取的梁腹部连续开孔为实例，利用有限元软件
ANSYS对其进行模拟分析，讨论了蜂窝梁的孔洞布置方式、孔间净距等对其受力性能的影响；对采用钢板补强措
施的蜂窝梁的受力性能做出评价，并提出了相应的设计建议。
关键词：钢筋混凝土蜂窝梁；有限元分析；应力；挠度
中图分类号：TU 375．1 文献标识码：A 文章编号：1000—4726(2013)04—0354—04
RESEARCH oN M ECHANICAL BEHAVIOR OF REINFORCED
CoNCRETE BEAMS W ITH W EB OPEN GS
FANG Mei ．QIU Jian
f1．Wuhan University，School of Civil Engineering，430072，Wnhan，China；2．Wuhan Architectural Design Institute，430014，Wuhan，China)
Abstract：The RC beams with web openings have a wide application prospect in engineering,which enable
the equipment pipes across from，SO as to reduce the store height of the building．However，comparing with the
normal RC beams，the RC beams with web openings have some effects on strength and rigidity because of the
web holes．In this paper，based on the main RC beam with continuously web large holes in the waiting hall of
W uguang- Zhuzhou railway station， using finite element software ANSYS， nine finite element models with
different parameters are designed to analysis the influences of web holes layout mode on the mechanical
properties．Furtherm ore，the steel plate strengthening RC beam with web openings is also analyzed．And then
some appropriate recommendations are made for design．
Key words：RC beam with web openings；finite element method；stress；deflection
我国在一些具体工程中运用了圆孔蜂窝梁，如
北京国际机场、广州火车站、武广客运专线新株洲站
等。但目前蜂窝梁在实际工程中应用仍有限。原因在
于相比于同截面的钢筋混凝土实腹梁，梁腹开孔措
施会对蜂窝梁的受力性能造成一定影响；在同样荷
载情况下，破坏形态也会不同；同时，由于孔洞周围
存在应力集中现象，导致裂缝过早开展，这在开方孔
的情况下表现得尤为严重。而现行规范或相关的设
计手册只涉及了梁腹部开单孔的设计方法，对钢筋
混凝土多孔梁的设计理论和方法则没有说明，这给
蜂窝梁在实际工程的应用带来局限。因此有必要对
混凝土蜂窝梁的受力性能进行系统的研究，探讨混
凝土蜂窝梁最合理的孔洞尺寸和布置形式，对混凝
土蜂窝梁的受力计算和设计方法进行总结，提出其
构造保证措施。
收稿日期：2013一O1一o4
作者简介：方梅(1969一)，女，江苏扬州人，副教授，博士，e-mail：
flnl425O@126．COB．
1 钢筋混凝土蜂窝梁受力性能的有限元分析
本文利用非线性有限元分析方法针对开设圆孔
的钢筋混凝土梁的8种模型分别进行分析。研究了孔
洞的偏心位置、孔间净距、钢板加强措施对蜂窝梁受
力性能的影响。
1．1 ANSYS有限元模型的建立
本文采用ANSYS进行有限元分析计算，钢筋混凝
土蜂窝梁的跨度、尺寸、截面尺寸、受压、受拉钢筋及
箍筋的组合截面如图1所示。
1．1．1 材料性能参数
材料性能参数的选择参考《混凝土结构设计规
范》(GB50010-2010)。钢筋和混凝土的材料性能如表
1和表2所示。钢筋采用双线性随动硬化材料。表1和表
2所列出的数值在ANSYS有限元分析中表现为定义的
材料实常数。
1．1．2 荷载
以实际模型为例(即模型8)，对模型施加的荷载
为面荷载，主要包括主梁自重和次梁、板传递过来的
荷载(即结构自重)，约150000N／m