近年來,隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,人們對建筑的多樣性也提出了新的要求,出現(xiàn)了大量的仿古建筑。我國古代建筑以木結構為主,木結構建筑造型復雜,在力的傳遞過程中存在大量的轉換結構。現(xiàn)代仿古建筑一般采用鋼筋混凝土結構,為了追求最大的外觀近似效果,仿古建筑也需要采用轉換結構。轉換結構屬于復雜的、不規(guī)則鋼筋混凝土結構,其設計過程較普通的建筑結構難度大。對于轉換結構,前人進行了大量的理論和試驗研究,相應的結構設計規(guī)范中也對這一復雜結構有所規(guī)定。但規(guī)范中沒有針對仿古建筑的結構設計的相應規(guī)定,而且對于存在多個轉換層的結構該如何設計也缺少明確的說明。為了彌補這一不足,本文在前人研究和規(guī)范規(guī)定的基礎上,對轉換結構在仿古建筑中的應用進行了研究。首先,以梁托柱式的轉換結構為主要研究對象,分析其受力特點。由于它是一種復雜的結構形式,所以在受力分析過程中需要考慮其與普通結構傳力路徑的不同、梁內(nèi)應力分布的不同、在平面外受力時可能的空間效應和轉換結構與整體結構之間的相互作用效應等對結構的影響。在此基礎上,提出了在設計過程中需要采用整體的有限元分析與局部關鍵構件的有限元分析相結合的方法。整體結構可以按照框架結構設計,整體結... 

【文章來源】： 張全貞 北京建筑大學

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

梁托柱轉換結構計算簡圖

第3章有限元分析26圖3-1SOLID65的幾何模型該單元表示的是各向同性材料，可以通過ansys中的mat命令定義材料的類型為混凝土。混凝土材料的本構關系通過TB命令來定義，包括單軸抗拉強度、單軸抗壓強度和剪力傳遞系數(shù)。單軸抗拉強度和單軸抗壓強度可以采用簡化的理想模型，也可以采用通過試驗得到的真實應力應變曲線。單元有四個控制選項，分別為KEYOPT（1）、KEYOPT（5）、KEYOPT（6）和KEYOPT（7）。其中，KEYOPT（1）是該單元的大變形開關，其值設定為0時考慮大變形，設定為1時不考慮，混凝土結構建議不考慮大變形，以免求解時出現(xiàn)不收斂或者求解結果不正確等現(xiàn)象。KEYOPT（7）是混凝土開裂以后是否考慮應力松弛開關，其值設定為0時不考慮拉伸應力松弛，設定為1時考慮應力松弛。2）鋼筋的模擬本文采用link180單元來模擬鋼筋的工作狀態(tài)。link180單元在工程上應用廣泛，可以模擬桁架、纜索、連桿、彈簧等。它是一種可以在桿軸方向施加拉壓作用的三維桿單元，桿單元兩端節(jié)點具有三個自由度，三個自由度分別是沿著坐標X軸、Y軸、Z軸方向的平動，如圖3-2所示。它具有塑性、大變形、大應變等功能，同時還有彈性、各向同性塑性硬化、非線性塑性硬化等性能，在受力方面，桿單元只能承受拉壓，不能承受彎矩，所以其受力性能和狀態(tài)與混凝土中的鋼筋類似。若要模擬僅受壓（如軸承等）或僅受拉（如繩索等）結構時，則需定義LINK180單元的第三個實常數(shù)TENSKEY=-1（僅受壓）或TENSKEY=1（僅受拉），且必須打開大變形選項，采用非線性計算。

第3章有限元分析27圖3-2link180的幾何模型LINK180單元把一個單元假定為一直桿，軸向荷載作用在干的兩端，桿為同材質(zhì)、各向同性的材料，桿的兩個端節(jié)點I和J不能重合。如果考慮了溫度，溫度沿桿長線性變化，一個桿上具有相同的應力。LINK180單元通過兩個節(jié)點I和J、橫截面面積（AREA）、單位長度的質(zhì)量(ADDMAS)及材料屬性來定義。當采用缺省設置時，單元的截面積改變時其體積可以保持不變，與鋼材等材料受力狀態(tài)相同，該單元適合用于鋼材的彈塑性分析。也可以改變KEYOPT(2)使截面積保持不變或剛性。LINK180單元輸出數(shù)據(jù)結果包括全部節(jié)點位移，以及單元軸向應力、軸向彈塑性應變等。3.3.2轉換梁結構的有限元模型轉換梁結構的有限元分析單元采用前述的桿系單元和實體單元，其中混凝土采用solid65三維實體單元模型，其可以最大程度的真實模擬實際構件；鋼筋采用LINK180單元，模擬鋼筋受拉的力學狀態(tài)。在實際建模中，選好單元以后，還需注意以下幾個問題：1）單元尺寸的大小由于混凝土單元采用了最大開裂準則，所以單元劃分的粗細會對開裂產(chǎn)生影響。單元劃分越細，開裂出現(xiàn)就越早。為了減小單元尺寸的影響，轉換梁混凝土構件劃分單元時網(wǎng)格尺寸一般可取為50mm，不宜過校2）施加荷載和約束仿古建筑大量使用梁托柱結構，因此主要考慮柱傳給梁的荷載。把柱的豎向荷載當作集中力作用在梁上，并考慮柱傳下來的彎矩和剪力，在柱作用于梁上的局部面積內(nèi)施加彎矩和剪力。此外轉換梁的約束，主要是梁兩端的柱支承作用，不考慮梁平面外的扭轉和變形。在轉換梁的兩側各選一個支撐柱的截面，限制三個方向的平動和轉動，施加固定約束。

【參考文獻】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：2989053