CN113268792B - 一种用于混凝土柱与无梁楼盖板连接处的安全性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于混凝土柱与无梁楼盖板连接处的安全性分析方法，涉及建筑安全分析领域。该用于混凝土柱与无梁楼盖板连接处的安全性分析方法，包括如下具体实施方案：第一步进行力学模型简化，第二步对均布荷载进行载荷等效，第三步借助有限元分析软件求解结果，第四步进行安全校核。本发明通过对无梁楼板和混凝土柱进行力学简化，建立力学分析模型，并结合有限元分析软件对建筑物的混凝土柱与无梁楼盖板安全性能实现全面客观的进行评价，不需要单独对连接处三类问题冲切破坏、弯冲破坏和直剪破坏分别选取计算模型进行计算，且目前理论计算模型误差大，本发明方法一次解决安全评估的问题，且评价计算方法简单，准确性高，有效的保证了工程质量。

Description

一种用于混凝土柱与无梁楼盖板连接处的安全性分析方法

技术领域

本发明涉及建筑安全分析领域，具体为一种用于混凝土柱与无梁楼盖板连接处的安全性分析方法。

背景技术

无梁楼盖结构体系具有传力途径简洁直接、净空利用率高、造型美观、有利于通风、便于布置管线和施工的优点，用于地下车库、仓库、商场等时，其综合经济性比传统梁板结构有很大优势，得到广泛应用。目前对建筑物混凝土柱与无梁楼盖板连接处的安全性能评估主要为对冲切承载力评估，冲切承载力理论模型有偏心剪应力模型、桁架模型、临界剪切裂缝理论、塑性理论、切向应变理论等简化模型。随着建筑追求跨度，无梁楼盖板的厚度越来厚,直剪破坏也时有发生，目前并没有相关理论模型，且通过偏心剪应力模型、桁架模型、临界剪切裂缝理论、塑性理论、切向应变理论等简化模型对建筑物安全评估造成计算工作量，容易造成计算误差大，评估不准确，评估效率低。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于混凝土柱与无梁楼盖板连接处的安全性分析方法，解决了混凝土柱和无梁楼盖连接处安全评估工作量大且评估内容不全面的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于混凝土柱与无梁楼盖板连接处的安全性分析方法，包括如下具体实施方案：第一步进行力学模型简化，第二步对均布荷载进行载荷等效，第三步借助有限元分析软件求解结果，第四步进行安全校核，对载荷进行等效即为对桩头板自重G₁、楼板混凝土重量G₂和楼板钢筋重量G₃进行等效替代，所述安全校核为强度校核、刚度校核和抗震能力校核。

优选的，所述力学模型简化为在ACE分析软件中，模型简化考虑主要部件：混凝土柱、混凝土柱与楼板连接的预埋环形桩头板和钢筋以及钢筋混凝土楼板，混凝土柱设为刚体、钢筋简化为线单元，楼板为实体，其中，桩头板处容易出现破坏的地方进行网格加密，根据对称性，中心柱子模型取柱子周边部分进行建模。

优选的，所述抗弯刚度结构安全分析为：通过检验结构的最大挠度值是否达到极限挠度值而判断，若楼板的最大挠度值小于极限挠度值，则符合安全规范，判断桩头板在楼板荷载作用下的抗弯能力足够。

优选的，所述均布荷载包含桩头板自重+楼板混凝土自重+楼板内钢筋自重+防水保护层自重+活荷载，其中桩头板自重G₁：

G₁＝m₁·g＝ρ₁·V₁·g＝ρ₁·π·h₁·(R²-r₁ ²)·g

式中，m₁为桩头板质量；g为重力加速度；V₁为桩头板体积；ρ₁为桩头板密度；R为圆环外径半径；r₁为圆环内径半径；h₁为桩头板厚度；G₁为桩头板重量；

楼板混凝土自重G₂：

G₂＝m₂·g＝ρ₂·V₂＝ρ₂·a·b·c·g

式中，m₂为楼板混凝土质量；g为重力加速度；ρ₂为混凝土密度；V₂为楼板混凝土体积；a为楼板长；b为楼板宽；c为楼板的厚度；

楼板钢筋自重G₃：

式中，m₃为楼板钢筋质量，g为重力加速度，ρ₃为钢筋密度，V₃为Y方向楼板钢筋体积，V₄为X方向楼板钢筋体积；r₂为楼板钢筋直径；h₂为Y方向钢筋长度；r₃为楼板钢筋直径；h₃为X方向钢筋长度。

优选的，所述借助有限元分析软件求解结果为借助有限元分析软件，分别求解四周对称柱子和边柱的受力，提取如下结果：桩头板单独的应力云图和最大的Tresca等效应力，混凝土板最大拉应力，以及钢筋最大拉应力和剪应力，变形云图。

优选的，所述强度校核为一般材料在外力作用下产生塑性变形，以流动形式破坏时，采用第三或第四强度理论，第三强度理论即Tresca屈服准则认为材料在复杂应力状态下的最大剪应力达到在简单拉伸或压缩屈服的最大剪应力时，材料就发生破坏，相较于第四强度理论，其所得结果更安全，因此对于钢构件如桩头板和钢筋采用第三强度理论即Tresca屈服准则并结合安全系数进行分析，针对混凝土脆性材料，采取第一强度理论最大拉应力理论进行分析：

σ_max≤[σ]＝σ_s/n

式中，σ_max为桩头板和钢筋所受最大应力；[σ]为许用应力；σ_s为屈服极限；n为安全系数，混凝土时，取最大拉应力；

所述刚度校核为工程中桩头板与楼板通过钢筋焊接的方式进行固定，将桩头板与楼板视为整体对其进行抗弯刚度分析，若楼板的位移小于极限挠度值，则认为桩头板有足够抗弯刚度承担楼板荷载，从而判断桩头板抗弯刚度满足要求。

所述抗震分析为由于无梁楼盖多在地下结构，不考虑风荷载，结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合，应按下式计算：

S＝γ_G·S_GE+γ_Eh·S_Ehk

式中，s为结构构件内力组合的设计值，包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值；γ_G为重力荷载分项系数；S_GE为重力荷载代表值的效应；γ_Eh为水平地震作用分项系数；S_Ehk为水平地震作用标准值的效应；

对桩头板进行抗震验算：

S≤R/γ_RE

式中，S为结构构件内力组合的设计值；R为结构构件承载力设计值，由桩头板截面面积乘以屈服强度求得,γ_RE为承载力抗震调整系数。

(三)有益效果

本发明提供了一种用于混凝土柱与无梁楼盖板连接处的安全性分析方法。具备以下有益效果：

本发明通过对无梁楼板和混凝土柱进行力学简化，建立力学分析模型，并结合有限元分析软件对建筑物的混凝土柱与无梁楼盖板安全性能实现全面客观的进行评价，不需要单独对连接处三类问题冲切破坏、弯冲破坏和直剪破坏分别选取计算模型进行计算，且计算误差小，本发明方法一次解决安全评估的问题，且评价计算方法简单，快速，准确性高，有效的保证了工程质量。

附图说明

图1为本发明流程结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1所示，本发明实施例提供一种用于混凝土柱与无梁楼盖板连接处的安全性分析方法，包括如下具体实施方案：第一步进行力学模型简化，第二步对均布荷载进行载荷等效，第三步借助有限元分析软件求解结果，第四步进行安全校核，对载荷进行等效即为对桩头板自重G₁、楼板混凝土重量G₂和楼板钢筋重量G₃进行等效替代，安全校核为强度校核、刚度校核和抗震能力校核。

力学模型简化为在ACE分析软件中，模型简化考虑主要部件：混凝土柱、混凝土柱与楼板连接的预埋环形桩头板和钢筋以及钢筋混凝土楼板，混凝土柱设为刚体、钢筋简化为线单元，楼板为实体，其中，桩头板处容易出现破坏的地方进行网格加密，根据对称性，中心柱子模型取柱子周边部分进行建模。

均布荷载包含桩头板自重+楼板混凝土自重+楼板内钢筋自重+防水保护层自重+活荷载，其中桩头板自重G₁：

G₁＝m₁·g＝ρ₁·V₁·g＝ρ₁·π·h₁·(R²-r₁ ²)·g

式中，m₁为桩头板质量；g为重力加速度；V₁为桩头板体积；ρ₁为桩头板密度；R为圆环外径半径；r₁为圆环内径半径；h₁为桩头板厚度；G₁为桩头板重量；

楼板混凝土重量G₂：

G₂＝m₂·g＝ρ₂·V₂＝ρ₂·a·b·c·g

式中，m₂为楼板混凝土质量；g为重力加速度；ρ₂为混凝土密度；V₂为楼板混凝土体积；a为楼板长；b为楼板宽；c为楼板的厚度；

楼板钢筋重量G₃：

式中，m₃为楼板钢筋质量，g为重力加速度，ρ₃为钢筋密度，V₃为Y方向楼板钢筋体积，V₄为X方向楼板钢筋体积；r₂为楼板钢筋直径；h₂为Y方向钢筋长度；r₃为楼板钢筋直径；h₃为X方向钢筋长度。

借助有限元分析软件求解结果为借助有限元分析软件，分别求解四周对称柱子和边柱的受力，提取如下结果：桩头板单独的应力云图和最大的Tresca等效应力，混凝土板最大拉应力，以及钢筋最大拉应力和剪应力，变形云图。

强度校核为一般材料在外力作用下产生塑性变形，以流动形式破坏时，采用第三或第四强度理论，第三强度理论即Tresca屈服准则认为材料在复杂应力状态下的最大剪应力达到在简单拉伸或压缩屈服的最大剪应力时，材料就发生破坏，相较于第四强度理论，其所得结果更安全，因此对于钢构件如桩头板和钢筋采用第三强度理论即Tresca屈服准则并结合安全系数进行分析，针对混凝土脆性材料，采取第一强度理论最大拉应力理论进行分析：

σ_max≤[σ]＝σ_s/n

式中，σ_max为桩头板和钢筋所受最大应力；[σ]为许用应力；σ_s为屈服极限；n为安全系数，混凝土时，取最大拉应力；

刚度校核为工程中桩头板与楼板通过钢筋焊接的方式进行固定，将桩头板与楼板视为整体对其进行抗弯刚度分析，若楼板的位移小于极限挠度值，则认为桩头板有足够抗弯刚度承担楼板荷载，从而判断桩头板抗弯刚度满足要求。

抗震分析为由于无梁楼盖多在地下结构，不考虑风荷载，结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合，应按下式计算：

S＝γ_G·S_GE+γ_Eh·S_Ehk

式中，s为结构构件内力组合的设计值，包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值；γ_G为重力荷载分项系数；S_GE为重力荷载代表值的效应；γ_Eh为水平地震作用分项系数；S_Ehk为水平地震作用标准值的效应；

对桩头板进行抗震验算：

S≤R/γ_RE

式中，S为结构构件内力组合的设计值；R为结构构件承载力设计值，由桩头板截面面积乘以屈服强度求得,γ_RE为承载力抗震调整系数。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种用于混凝土柱与无梁楼盖板连接处的安全性分析方法，其特征在于，包括如下具体实施方案：第一步进行力学模型简化，第二步对均布荷载进行载荷等效，第三步借助有限元分析软件求解结果，第四步进行安全校核，对载荷等效，即为对桩头板自重G₁、楼板混凝土重量G₂和楼板钢筋重量G₃进行等效替代，所述安全校核为强度校核、刚度校核和抗震能力校核；

所述强度校核为：对于钢构件采用第三强度理论即Tresca屈服准则并结合安全系数进行分析，针对混凝土脆性材料，采取第一强度理论最大拉应力理论进行分析：

σ_max≤[σ]＝σ_s/n

式中，σ_max为桩头板和钢筋所受最大应力；[σ]为许用应力；σ_s为屈服极限；n为安全系数；

所述刚度校核为：工程中桩头板与楼板通过钢筋焊接的方式进行固定，将桩头板与楼板视为整体对其进行抗弯刚度分析，若楼板的位移小于极限挠度值，则认为桩头板有足够抗弯刚度承担楼板荷载，从而判断桩头板抗弯刚度满足要求；

所述抗震分析为：由于无梁楼盖多在地下结构，不考虑风荷载，结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合，应按下式计算：

S＝γ_G·S_GE+γ_Eh·S_Ehk

式中，S为结构构件内力组合的设计值，包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值；γ_G为重力荷载分项系数；S_GE为重力荷载代表值的效应；γ_Eh为水平地震作用分项系数；S_Ehk为水平地震作用标准值的效应；

对桩头板进行抗震验算：

S≤R/γ_RE

式中，R为结构构件承载力设计值，由桩头板截面面积乘以屈服强度求得,γ_RE为承载力抗震调整系数。

2.根据权利要求1所述的一种用于混凝土柱与无梁楼盖板连接处的安全性分析方法，其特征在于，所述力学模型简化为在ACE分析软件中，模型简化考虑主要部件：混凝土柱、混凝土柱与楼板连接的预埋环形桩头板和钢筋以及钢筋混凝土楼板，混凝土柱设为刚体、钢筋简化为线单元，楼板为实体，其中，桩头板处容易出现破坏的地方进行网格加密，根据对称性，中心柱子模型取柱子周边部分进行建模。

3.根据权利要求1所述的一种用于混凝土柱与无梁楼盖板连接处的安全性分析方法，其特征在于，所述均布荷载包含桩头板自重、楼板混凝土自重、楼板内钢筋自重、防水保护层自重和活荷载，其中桩头板自重G₁：

G₁＝m₁·g＝ρ₁·V₁·g＝ρ₁·π·h₁·(R²-r₁ ²)·g

式中，m₁为桩头板质量；g为重力加速度；V₁为桩头板体积；ρ₁为桩头板密度；R为圆环外径半径；r₁为圆环内径半径；h₁为桩头板厚度；G₁为桩头板重量；

楼板混凝土重量G₂：

G₂＝m₂·g＝ρ₂·V₂＝ρ₂·a·b·c·g

式中，m₂为楼板混凝土质量；g为重力加速度；ρ₂为混凝土密度；V₂为楼板混凝土体积；a为楼板长；b为楼板宽；c为楼板的厚度；

楼板钢筋重量G₃：

式中，m₃为楼板钢筋质量，g为重力加速度，ρ₃为钢筋密度，V₃为Y方向楼板钢筋体积，V₄为X方向楼板钢筋体积；r₂为楼板钢筋直径；h₂为Y方向钢筋长度；r₃为楼板钢筋直径；h₃为X方向钢筋长度。

4.根据权利要求1所述的一种用于混凝土柱与无梁楼盖板连接处的安全性分析方法，其特征在于：所述借助有限元分析软件求解结果为借助有限元分析软件，分别求解中柱和边柱的受力，提取如下结果：桩头板单独的应力云图和最大的Tresca等效应力，混凝土板最大拉应力，以及钢筋最大拉应力和剪应力，变形云图。

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