响应平坦的钢筋混凝土楼板的开口环面内载荷作用下

文摘

的反应平面钢筋混凝土(RC)楼板开口受到水平平面循环加载除了垂直服务加载了使用非线性有限元分析(FEA)。一个有限元模型(FEM)旨在执行参数分析。开放的影响大小(7%,14%,25%,和30%的板的面积),打开形状(椭圆、圆、l形、t形截面的十字架,和矩形),和位置的滞回行为楼板被认为是。研究表明,在钢筋混凝土楼板减少能量吸收能力和楼板的刚度。楼板上的包含30%的开放会导致68.5%,47.3%,和横向承载力下降45.6%,刚度、横向位移,分别与楼板,没有开口。平面钢筋混凝土楼板与一个圆形开口形状增加了效率。开口的位置是更可取的开口在十字路口的定位两列条。

1。介绍

水平作为主要结构元素的建筑结构,楼板是容易加载在一个平面,这主要是由于横向负载(1,2]。因此重要的是要考虑平面,平面外荷载的共同作用在设计建筑的混凝土板。它抵抗垂直力的设计寿命。然而,地板结构可以承受水平地震应力在地震中可能只持续10到100秒。这称为隔膜在这个短暂的时期地板结构必须承受重力和水平力(1]。

隔膜的性能控制楼板的作用主要是由其面内刚度。地板隔膜被认为是刚性的,如果翻译只有在飞机上和作为一个刚体绕垂直轴旋转,而灵活的隔膜是一个侧向力分布垂直横向荷载抵制元素是根据支流区域。最后,一个僵硬的隔膜是表现在两者之间3- - - - - -5]。进行了实验和分析调查在利哈伊大学6)确定平面层隔膜与扩展模型的抗震性能代表地板系统的一部分建筑结构与各种加载和支持条件。隔膜力量应用于地板的平面系统,单调和周期性。磁滞行为被发现后,楼板系统经验的非弹性变形。

在许多结构,合理估计惯性力的分布可以通过假设板作为刚性隔膜,但对于结构与大开口和noncompact形状,膜片变形的地板必须明确考虑分析。许多建筑规范,包括代码和ACI,欧元已经表示,在评估时未能占层隔膜的灵活性地板膜片的地震响应和大开口noncompact或高度拉长平面形状会导致错误。

空缺的影响的抗震能力地板上隔膜已经被一些研究人员调查,这已被证实存在的空缺在地板上隔膜导致大幅减少负载能力的隔膜。先前的研究已经表明,非弹性地震反应影响的钢筋混凝土层隔膜是高度的存在空缺,特别是当开裂和屈服在地板上系统。微观有限元方法用于识别打开的影响大小和平面外荷载的非弹性抗震性能beam-supported地板隔膜开放(7]。开口或凹角隔膜必须妥善放置,充分增强[8]。

建设,损害由于地震通常启动的位置结构弱点,而这些弱点主要是发现在不连续质量,刚度和强度的垂直和水平横向荷载抵制元素。现在因为建筑美学和通风,楼板与开口已经使用在许多建筑结构。除了建筑服务,包括楼梯、电梯、空气管道,管道也需要通过地板板,并在这个过程中,有弱点引起楼板。因为它是必要的理解与开口,楼板的行为不同的分析研究的基础上进行了实验测试。但是,知识有限钢筋混凝土楼板与不同位置的特点,形状和尺寸的开口。

在目前的研究中,平面钢筋混凝土楼板响应不同大小的孔,孔形状、位置的服务水平直接循环荷载和垂直荷载作用下开口是利用有限元方法解决。有限元分析/ CAE有限元分析软件,进行了建模和分析占平面变形和极限载荷能力由于基于循环荷载相似实验在利哈伊大学进行的调查。

2。有限元分析的平面钢筋混凝土楼板

本研究用有限元的方法收集相关的数据关于地板膜片的行为与机会使用有限元分析,有限元分析/ CAE软件。查看仿真结果是否反映真实结果,平层板测试1986年在利哈伊大学(6)被用于验证。材料的行为,支持条件下,加载过程中使用的实验研究[6)是应用于有限元法。有限元的验证后,参数研究和敏感性分析进行了通过开放大小、位置、形状、服务负载、钢级、混凝土标号作为参数。

2.1。具体的元素类型

在目前的研究中,C3D8(线性8-node六面体的砖元素)被用于建模混凝土材料。

2.2。钢筋

弹性设计分析,强化通常是被忽视的以来的有限元刚度的贡献远远大于钢筋混凝土,但在非线性分析中,需要强化的建模主要在确定结构的极限容量。钢筋被建模为一维梁元素线元素在三维空间中刚度与变形。弹性和塑性属性都包含在分配使用的弹性选择弹性模量和泊松比,和塑料的选择,真正的应力、应变值被用来其塑性模型。表1显示钢筋的力学性能,用于从实验的仿真研究[6]。

2.3。混凝土本构模型

具体表现出非线性压缩和紧张;这在数值分析带来了困难。模型所需参数复合应力下的混凝土在混凝土有限元分析/ CAE软件中包含损坏的可塑性(CDP)模型。的强度假设最常应用于混凝土Drucker-Prager假说。nondilatational应变能的基础上,失败是由锥形定义边界表面。使用这一标准的优点是表面光滑,从而没有并发症数值应用程序。缺点是,它是不完全符合实际的具体行为9]。使用的CDP模型有限元分析/ CAE软件的修改Drucker-Prager强度假设。单轴压缩的CDP模型参数(表的关系2)采用的方法讨论了(10]。

混凝土的拉伸行为利用双线性模型(图1)。破解开放利用,而不是拉伸应变,计算提供总能量的比率(G_F单位面积上的)必须创建一个混凝土的裂缝。因此,混凝土的脆性行为被定义为应力开裂位移而不是应力-应变响应(9]。

一些复杂的退化机制在单轴循环加载情况下发生。微裂隙的发展,密切,相互影响。在单轴循环测试,发现弹性刚度恢复时负载变化的迹象。具体行为的一个重要元素在循环荷载下刚度恢复混凝土的刚度的影响。随着负载的变化从紧张到压缩,效果更明显,导致拉伸裂缝关闭,导致压力的恢复(11]。

混凝土损伤塑性模型假设的降低弹性模量表示的一个标量退化变量(d在下列方程()11]: 在哪里E_o是初始弹性模量(未损坏的)。

在有限元分析/ CAE中,默认值刚度复苏的因素 和 被用来说明混凝土的单轴荷载循环行为。在目前的研究中,所有伤害混凝土(图的属性2)来自一个已知量的平均抗压强度混凝土( )。

2.4。有限元模型几何、网格和边界条件

的几何有限元平面钢筋混凝土板支持列后绘制的材料属性定义(图3)。板是支持一个边缘由剪力墙和相反的优势列。悬臂板,等于四分之一的面板尺寸、添加所有不连续的双方代表的部分楼板(邻海湾由于试样的6)代表一个原型的内墙板建筑。中心跨度的长度和厚度钢筋混凝土楼板在两个方向和56毫米1630毫米,分别列维度是136毫米×136毫米没有资本。

在有限元模拟,网格的大小是一个重要的因素在确定分析结果的有效性。粗网格可以产生更少的精确结果,而细网格可能扩展计算成本。没有具体规定筛孔尺寸。因此,迭代方法来找到合适的网格大小的模型。在目前的研究中,50毫米×50毫米的筛孔尺寸是合适的混凝土和钢筋使用网格生成模块(图4)。

单个元素连接正确后组装所有的元素。增援部队的具体地区的代表作为嵌入元素以确保钢筋和混凝土之间的交互元素完全结合。列被直接绑定到使用选项板约束嵌入和领带。

边界条件与初始步骤是使用边界选项建模和装配后的部分。支持列的底部表面固定对所有平移和旋转,和板节点连接到墙上克制对翻译在各个方向(图5)。

2.5。模型加载条件

服务应用重力负载压力(图6(一)在分析)保持不变,循环横向荷载(图6 (b))应用逐渐增加使用加载位移振幅谱(图7),提供了更有效的数据成员或结构的滞回行为。

垂直负载应用于钢筋混凝土楼板构成全方位的活载3.8 kN / m²和一个额外的服务协议负载3.9 N / m²。一系列的集中力量应用,间距为540 mm的中心。单一垂直(重力)负载模拟器控制内的所有点加载一个面板宽度,包括那些在季度面板扩展部分。

2.6。有限元法验证

平面钢筋混凝土楼板的反应没有开口和与不同大小的孔板,使用有限元法研究了形状和位置。考虑到数值模拟软件的准确性和可靠性,极限荷载和侧向位移结果本研究平面钢筋混凝土楼板的提取来验证模型的可靠性。有限元结果与实验结果相比获得的(6]。极限荷载和侧向位移结果如表所示3有限元的滞回曲线,实验结果如图8。当板滞回曲线、极限荷载和侧向位移通过有限元方法和实验比较,值得注意的是,稍微偏离了的价值估计的模型实验,但它是在允许的范围内。此外,模拟滞回曲线与实验板基本上是一致的。因此,有限元结果似乎是在良好的协议与实验结果。

2.7。平面钢筋混凝土板的参数研究

参数研究了不同的开口大小的影响,孔形状、开放的位置平面钢筋混凝土楼板受到循环平面,平面外载荷(表4)。

探讨开口大小对平面钢筋混凝土板的影响四个不同的开口大小被认为:7%,14%,25%,和30%的板的面积。这些空缺被放置在中间板区域。根据(12],任何尺寸的允许在一个地区常见的相交的中间带的需求强度和可服务性都满意。在这项研究中,一半的打断了增援部队被两边的保持完整的平面外板的能力。

开放的形状的影响被考虑椭圆,调查通知,l形、t形、十字架,和矩形开口(图9)。这些空缺总面积的14%的板在十字路口找到两个板的中间带。

在目前的研究中,三个开放位置选择。这是两个中间的十字路口,十字路口两列条,中间列的交叉地带。

3所示。结果与讨论

3.1。开口大小对平面钢筋混凝土楼板的中间地带

从图可以看出10随着开放大小增加平面钢筋混凝土楼板,有它的侧向承载力大幅度降低。30%的数值模拟表明,包容开放的楼板导致横向承载力下降68.54%的楼板体系。

开口大小和横向承载力之间的关系可以表示通过以下使用非线性回归方程: 在哪里y是横向承载力(kN)和x是大小(%)。

图11表明,侧向位移减少开平板地板板尺寸增加;可以说,固体板(板不开)显示高非弹性变形而开放。从目前的研究中,可以观察到30%的包容开放导致刚度下降45.55%。

开口大小和横向位移之间的关系可以通过方程(表示3使用非线性回归): 在哪里y横向位移(毫米)和吗x是大小(%)。

楼板的能量吸收能力和刚度降低开放规模越高(图12)。从这个参数的研究中,30%的包容开放的楼板导致刚度下降了47.26%。

开放的大小和刚度之间的关系可以通过方程(表示4使用非线性回归): 在哪里y表示刚度(kN /毫米)和x开幕式表示大小(%)。

3.2。口形状对平面钢筋混凝土楼板的中间地带

表5显示打开的形状的影响在中间地带横向承载力,平面钢筋混凝土板的侧向位移和刚度。从开放的6种类型形状、更高价值的横向承载能力和刚度在圆形形状。然而,cross-opening形状展品最低侧向位移。

3.3。平面钢筋混凝土楼板上开位置的影响

不同打开的位置更高的价值的横向承载力和非弹性变形时观察到的开放提供了十字路口的两列条平面钢筋混凝土楼板。减少侧向位移是注意到开的位置在两个中间带的十字路口。表6说明了不同的打开位置的影响。

3.4。敏感性分析

拉丁超立方抽样技术的组合在有限元分析/ CAE建模,确定(表及其横向荷载能力7)。

横向承载力的决心后,回归了与输入参数或者找到相关系数如下: 在哪里y表示横向荷载能力,P_d是服务负载,O_p开口的大小,C混凝土的抗压强度,年代钢筋的强度。

从回归分析,表明开放大小是最具影响力的因素减少横向钢筋混凝土楼板的承载能力,因为它具有较高的相关系数。

4所示。结论

非线性有限元分析被用于调查的反应平面钢筋混凝土楼板受到循环平面加载。影响板的长宽比、开大小、位置和形状是评估。分析混凝土板的滞后行为,使用有限元分析软件数值模拟,有限元分析/ CAE、能产生准确、合适的估计。六种形状开放位于中间面板的楼板都包括在内。钢筋混凝土楼板的能量吸收能力和刚度可以开口的存在影响。然而,从这些开放的形状,更好的能量吸收能力和刚度在圆形的观察。开幕式位于十字路口附近的两列条剪力墙支持显示更好的性能比其他两个位置。可以得出结论,小孔尺寸建议以来尤其是在地震多发地区的地震能力层隔膜大大影响空缺的存在。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

引用

1. r . Khajehdehi和n . Panahshahi”效应的开口平面钢筋混凝土楼板的结构行为,”《建筑工程7卷,1 - 11,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. f . c . Wolfgram和b Alireza贡献的钢筋混凝土楼板抗横向负载,”结构工程杂志,卷115,不。1队,1989页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. a·拉赫曼,a教授,n . Jamshetty“刚性层隔膜,地震效应”国际研究工程与技术杂志》上》第六卷,第441 - 433页,2019年。视图:谷歌学术搜索
4. b . m . Moeini和b . Rafezy调查地上横隔膜的灵活性在钢筋混凝土结构和代码中规定,“全球工程研究》杂志上,11卷,不。1,2011。视图:谷歌学术搜索
5. e . Thomas j .乔治·d·Paulose m技术,工程,和a . Jyothi”评估地板系统,隔膜的条件”国际研究工程与技术杂志》上,4卷,不。6,836 - 843年,2017页。视图:谷歌学术搜索
6. 陈,平面单调和循环荷载作用下钢筋混凝土楼板美国宾夕法尼亚州利哈伊大学,伯利恒,1986。
7. r . Khajehdehi和n . Panahshahi非线性有限元分析钢筋混凝土建筑的地板膜片与开口进行平面和出平面加载,”高考2014 - 10日美国国家地震工程会议前地震工程p。66045年,阿拉斯加安克雷奇,2014年7月。视图:谷歌学术搜索
8. b . s . Taranath风和抗震建筑:结构分析和设计美国佛罗里达州波卡拉顿,CRC新闻,2004年。
9. y苏美尔和m . Aktaş“混凝土损伤塑性模型,定义参数”《结构力学的挑战,1卷,不。3、149 - 155年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. p . Kmiecik和m . Kamiński”造型的钢筋混凝土结构和复合结构混凝土强度退化考虑,”土木和机械工程档案,11卷,不。3、623 - 636年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. 有限元分析/ Cae、有限元分析/ Cae用户手册达索系统公司股价Simulia Corp .),普罗维登斯,RI,美国,2011年。
12. Aci 318交流,结构混凝土建筑规范要求(ACI 318 - 05)和评论(ACI 318 r-05)美国混凝土协会希尔斯,MI,美国,2005年。

版权

版权©2021伊甸园(Shukri Kalib和遗址Werkina Shewalul。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。