钢筋混凝土开洞板性能的仿真分析

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发布时间：2021-09-13

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钢筋混凝土开洞板性能的仿真分析
穆春生
(大庆石化工程有限公司．黑龙江大庆163714)
【摘要】为确定某加工车间钢筋混凝土开洞板的厚度和洞12l的大小，给出了四种方案，本文采用有限元软
件ANSYS对四种情况的开洞板在竖向荷载作用下的受力、变形做了分析，通过对比确定了一组满足规范要求的方
案，确保了大开洞板的正常使用，可为类似工程的分析与设计提供参考。
【关键词】仿真分析；开洞板；ANSYS
【中图分类号】TU375．2 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2011)10—0075—02
1 工程概况
黑龙江省鸡西煤矿的某一空心煤砖加工车间，采用的
是砖混砌体结构”J，层高为5．2m，钢筋混凝土板的跨度为
7．2m×5．4m，为把加工时产生的浓烟排放到室外，需要把钢
筋混凝土楼板设计成开洞板，以便烟筒通过楼板到室外一
定的高度，满足环保的要求。板开洞的直径大小决定建造
的烟囱的大小，开洞越大，烟囱的直径越大，排烟量也就越
多，但板开洞会引起应力集中，造成强度和变形不满足要
求。经过商榷，甲方最终提出四种开洞方案，本文采用有限
元软件ANSYS-2 对四种情况的开洞板在竖向荷载(恒载+
活载)作用下的受力、变形做了分析，通过对比确定了一组
满足规范要求的方案，确保了大开洞板的正常使用，其分析
可为类似工程的设计提供借鉴。
2 方案与荷载
图1计算模型示意图
(1) 方案计算参数：参考《混凝土结构设计规范》⋯ ，
根据经验板厚度取为75、100、120和150mm，对应板厚的洞
口直径为1800、1500、1200和900mm，对比四种情况板的应
力和变形。钢筋混凝土材料密度为25kN／m ，弹性模量取为
3×10 N／mm ，泊松比prxy为0．2[4]。计算简图见图1。开
孔位置均为中孔，板边支承均为四边简支。
(2) 荷载统计：
恒载：25×0．075=1．875kN／m (75ram厚的板)
25 X0．10=2．5 kN／m (100mm厚的板)
25 X0．12=3．0 kN／m (120ram厚的板)
25×0．15=3．75 kN／m (150ram厚的板)
活载：按规范取为2．5 kN／m ；经统计作用在板竖
向荷载设计值为6．03、6．87、7．55和8．56kN／m 。
3 有限元模型
(1) 有限元建模：以方案2为例，介绍一下建模过程，
指定分析类型为Structural，程序分析方法为h-meth0d。相对
跨度来说，板的厚度是很小的，因此选用一种壳单元来模
拟。采用SHELL63单元 J，该单元为4节点的弹性壳单元，
指定壳单元的厚度，定义材料属性，建立实体板模型，采用
直角坐标系直接建立矩形，在“Create Area in Active Coordi．
nates System”对话框中，在坐标栏中输入(0，7．2)、(O，5．4)
产生1个矩形面。在坐标栏中出入(3．6，2．7，1．5)建立圆
面。然后用ABEA命令把矩形板中扣除圆洞开口，形成开洞
板，几何模型建立完毕之后即可进行网格划分。
选择分析类型为静力分析，施加位移约束，将板的四周设
置为铰接，因为板是支撑在砌体结构上，有微小的水平位移产
生。施加均布外荷载求解。建立的有限元模型如图2所示。
图2有限元模型
(2) 有限元结果分析：方案2在施加均布力后求解，
得到的结构变形如图3所示。从图中的数据可以看出，结构
弹性变形最大为第5节点，坐标为(2．85，2．7)，最大位移为
12．75mm；由板的应力分布图可以看出板中支座应力为
9．09MPa，跨中应力为7．13MPa。四个方案板的变形及应力
如表2所示。
从表1中可以看出，方案四的变形超出了规范的要求，
大于／J250=21．6mm，方案四是不可选的，方案1的变形较
大，尽管在规范要求范围之内，但支座处的混凝土应力较
大；方案2和3差不多，但从安全的角度及开洞的大小方面
考虑，最终选择了方案2，即板厚取100mm，开洞的直径取
1500ram，同时跨中和支座应力分布比较均匀，配筋较合理，
不会造成钢筋的浪费，造价较低。