经典案例
  • 有限元分析在机械产品设计的应用
  • 汽车转向机构有限元分析与优化
  • 风力发电机主轴结构强度分析
  • 发动机连杆的强度分析与结构优化
  • 车辆传动轴的强度分析与方案改进
  • 摩托车车架的刚度及强度分析
  • 注塑模具机构强度分析及结构优化
  • 变速箱轴键强度校核及结构改进
  • 挖掘机铲斗有限元计算和强度分析

砌体结构温度应力的有限元分析

发布于:2016-08-15 20:31
有限元分析

      砌体结构产生温度裂缝的主要原因是屋面长时间受阳光辐射,其温度较墙体要高,且钢筋混凝土屋面的线膨胀系数为10×10-6,墙体如砖砌体的线膨胀系数为5×10-6,因此屋面温度膨胀变形远大于墙体。屋面变形受到场体的约束,屋面板对墙体顶端会产生一定的水平推力,使墙体与屋盖的接触面受剪,剪力与屋盖挑檐或女儿墙的垂直压力构成了墙体双向应力,当主拉应力大于墙体的抗拉强度时,墙体便开裂。沿墙体分布的剪力大致为两端大,中部为零,所以常在端部开间的窗上口,内横墙与外纵墙交接处及某些内纵墙出现“八”字形斜裂缝。由于屋面板膨胀,山墙给檐口圈梁以较大的推力,再加上檐口梁内外温差产生外拱或内凹变形使圈梁底面与墙体产生水平裂缝。屋面板的温度变形,也使外纵墙上应力集中处的门窗洞口上角产生水平裂缝。
      由于规范没有明确规定温度应力的计算方法,许多设计仅作了有限元分析。文献给出了墙体端部最大剪应力近似计算公式。
      凝土的弹性模量,αT=α2T2-α1T1,其中α1为墙体的线膨胀系数,T1为墙体的温差,α2为顶板线膨胀系数,T2为顶板的温差,L为长度。这种简化算法方便易行,但难以反应温度应力在砌体内的实际分布。对于温度应力较为精确的计算方法有有限差分法,有限元法等,其中最为有效的是有限元法。有限元法通过将整体结构划分有限个单元进行分析,从而大大减少了在局部分析时由于简化假设引起的误差,随着有限元分析App的迅速发展,利用有限元法计算结构整体温度应力能够较为简便的得到实现。
      某工程为5层3单元砖砌体住宅楼,横向尺寸为12 m,纵向尺寸为45 m,层高2.9 m,总高14.5 m。该工程竣工入住两年后,顶层外纵墙端部出现斜裂缝,窗口处裂缝宽度较大向两边逐渐减少,最大裂缝宽度达到3.5 mm,该裂缝通过窗口的两对角并沿墙体裂通。顶层部分房间的内纵墙上部也有正八字形的斜裂缝。四层墙体端部稍有开裂,裂缝宽度在1 mm以内,三层以下墙体未见开裂。经检测,砌体强度符合规范要求,结构基础也没有相对沉降的迹象,结合以上观测的裂缝特点,认为该裂缝为温度裂缝。
      为了较精确的了解该工程的温度应力情况,本研究利用大型有限元通用AppANSYS对该工程进行了有限元分析。有限元计算模型见图。模型的墙体、屋面板和楼板采用壳单元SHELL63,每个有限元单元有4个节点,有6个自由度,圈梁、构造柱采用梁单元BEAM188,每个有限元单元有2个节点,有6个自由度。板与梁、柱之间通过线面耦合,共用节点。整个模型共8655个单元,其中SHELL63单元5274个、BEAM188单元3381个。本模型考虑了门窗洞口的削弱作用,忽略阳台的影响,模型底部简化为固结。温差根据实测数据并结合参考文献按组合温差计算,组合温差=日温差+0.85×年温差。温差荷载作为体荷载施加于有限元模型上。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                  杭州纳泰科技咨询有限企业
                                                                          本文出自杭州纳泰科技咨询有限企业www.nataid.com,转载请注明出处和相关链接!
tag标签:
------分隔线----------------------------
------分隔线----------------------------
XML 地图 | Sitemap 地图