【摘 要】 针对一仓库的屋盖选取了拱形壳屋面结构形式 ，采取 ANSYS有限元方法对拱形壳屋面结构体系 进行了仿真数值模拟，获得变形和应力，均满足规范的要求。可见选取薄拱形屋盖是合理的。最后给出了框架内 部预应力钢筋混凝土梁两种预应力筋的布置形式。可为同类结构体系的有限元求解和设计提供参考。 【关键词】 仿真数值模拟；拱形屋盖；ANSYS 【中图分类号】 TU375．5 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2011)11—0057—02 1 工程概况 某一北方储存蔬菜水果的仓库，结构体系为 2层 的框架结构 ，长 ×宽 为 36m×20m，建筑 面积 为 720m ， 层高为 3m，为保证冬季仓库的正常使用 ，屋盖应设计 成保温屋 盖 ，同时 甲方要 求充分 的利 用室 内空 间。通 过方案的对比，最终确定选用 150mm厚的拱形混凝土 作 为屋 盖结 构 。本 文采 用有 限元 软 件 ANSYS…对 该 屋盖结构在竖向荷载作用下的受力、变形做 了分析， 满足相应规范的要求。通过造价的对 比，拱形混凝土 屋盖结构也是最低的，设计中充分的利用了拱形的力 学原理 ，为类似工程的设计提供参考和借鉴。 2 方案的对 比 该屋盖在方案初步设计阶段给出了三种外形，一 是 平板造 型、二 是拱 形 造型 、三是 下 凹造 型 。平板 造 型中包括框架结构和网架结构 ，考虑到常规混凝土框 架梁难 以满足 20m的要求，若采用预应力混凝土结 构 ，需要张 拉预 应力 筋 和锚 固 ，施 工 复杂 ，费 用高 。 若采用平板网架结构，没有充分利用空间。下凹造型 相同。结构力学方法求弯矩为外部平衡，而截面应力 积分求得弯矩为内部平衡。而混凝土为非线性体，所 以主应力和钢筋拉力并无直接对应关系。 (2) 对 于混凝 土结 构 ，实 体单 元 有限元 分 析 主 要适 用 于复 杂节 点 ，即整体模 型 中提 取 内力 ，建 立局 部节点的有限元实体模型 ，将内力当作边界条件施加 到局部模型上进行 分析。通过 观察应 力 流 向，分 析应 力 的传递 ，判断某处拉 、压应力 方 向 ，而等效 应力 并无 实际意义 。 (3) 钢筋 混凝 土 的模拟 ：钢筋 混凝 土是 由钢筋 和混凝土两种具有不 同物理力学性能的材料组合而 成的复合材料。钢筋作为一种金属材料 ，采用双线性 随动强化模型。而混凝土作为一种混合材料 ，其本构 模 型非常复杂 ，而且 还需考 虑钢筋 和混凝 土之 间的粘 如悬索结构 ，尽管外形美观，但空 间利用率更低 ，所 以，最终选定拱形造型，拱形造型包括拱形混凝土屋 盖、拱形网壳结构和人字形的钢桁架，若采用网壳和 钢桁架 ，为保证室内的温度，上面还需铺设屋面板，造 价都比直接设计成拱形混凝土结构要高，经过对 比分 析，最终甲方决定采用拱形圆柱壳混凝土结构作为仓 库的屋盖结构。结构简图如图 1所示。 ／． f - --．．＼一一 图1 计算模型 图2 有限元模型 3 有 限元模型 3．1 计算参数 该 圆柱 壳 屋 面 ，根 据 经验 混凝 土拱 板 厚 度 取 为 150mm ，拱 的半径为 20m，拱对应的圆心角为 6O。，拱 结 、滑移和相互作用 。以现有 的有限元软 件的非 线 性分析要进行精确 的模拟 钢筋 及混凝 土 ，得出钢 筋的 应力 ，较难得 出理想 的结果 。 参考文献 [1] 孙训方 ，等 ．材料力学(下册)[M]．北京：高等教育出版社， 1995：14． [21 郝文化，等 ．ANSYS土木工程应用实例[M]．北京：中国水利 水 电出版社 ,2005：75—120

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