双跨框支墙梁的有限元分析及内力计算.doc
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1、双跨框支墙梁的有限元分析及内力计算工程力学增刊I998年双跨框支墙粱的有限元分析及内力计算至.壅塑熙T【/D1,(同跻大学土木工程学院建筑工程系,上海.200092)摘要车文运用SuperSAP加后处理程序对无洞口取跨框支墙粱进行有限元分析,构件按正交设计并作直观分析和方差分析,基本摸清墙梁受力特点和影响内力的主要因素,由回归分析给出内力近似计算公式,供设计参考.关麓词框支培槊,正交设计,有限元分折,内力计算一,分析构件的正交设计由混凝土框架及其以上墙体形成的组合构件.称为框支墙梁.这是一个平面应力与杆件系统的复合问题,至今尚无简便的内力计算方法.因此影响了这种结构的广泛应用.本文采用Supe
2、rSAP程序加后处理程序对无洞口双跨框支墙梁进行有限元分析,以了解其在竖向荷载或水平地震作用下的应力和内力分布规律为减少构件的分折工作量.引入正交设计方法并对计算结果进行直观和方差分析.找出影响内力分布的显着因素.由回归分析给出内力近似计算公式.为确定双跨框支墙粱的合理设计方法提供理论参考.构件沿袭作者在单跨框支墙梁的有限元分析及内力计算中所采用的参数,模拟6层商店一住宅楼.7度地震,lv类场地.计算考虑底层框架及以上一层墙体.一个开间的受荷范围作为计算单元.计算简图见图1.竖向荷载为156.4kN/m,水平地震剪力为7.44kN/m.分别单独施加在墙梁顶面.采用正交表LI6(4),即16个构
3、件.5因素4水平.不考虑各因素的交互作用.各组因素及具体参数见表I.二,有限元计算结果在竖向荷载作用下.由有限元计算得到框架(托梁和柱)和构架(顶粱和构造柱)的内力分布见图2.由构架约束墙体与框架的共同作用,内力有很大的降低,托梁跨中弯矩约为(I/I2.1/40)Mo(Mo为单跨简支粱跨中弯矩),边支座弯矩约为(I/16-I/29)Mo,中支座弯矩约为(I14.I/M)Mo支座处剪力约为(o.24.0.58)Vo(V0为单跨简支梁梁端剪力).框架柱上端弯矩约为(ii17.1/29)Mo,下端弯矩约为(I/27.1/51)Mo.反弯点距柱底约(o.35-0.38)Hc.构造柱轴力沿柱身由上至下近
4、似呈线性增加并且中间构造柱轴力值较二边大.在水平向廿的地震作用下(向左方向略),由有限元计算得到构件内力分布见图3.各框架柱的剪力之年II等作用在墙粱项面的水平地震作用剪力,柱的反弯点距柱底约为(o53.0.56)Hc,整体倾覆力矩对框架柱轴力影响较大,托粱内力分布较复杂.二>一1,一一寸J.一,1工程力学增刊I998年O35表1分析构件正交设计组因素参数号A(12tl1)B(htlI)C(hwll1)D(ttdl1)I(EdEr,)12hblawHc砼砌体lI(1.0l1f1,吕Irn60)1f0.80)102.41600O750360O4800C3OMU1D.M521(1.0)2(1
5、/9)2(0.552r0.73)2(1I.4160o067033004400C30MU7.5.M1031f1.013(1110)3f0.50)3(0.67)3(10.4)600058030004000C25MUID.M7.541(1.04(1/12)4r0.45)4f0.60)4(9600050027003600C20MU10.M75529l1(1/8)2f0.55)3(0.674(95)540075033004000C20MU1D.M7.562(0-9)2(1,9】0.6014f0.60)3(10.41540067036003600C25MUID.M7.572r0.9)3(I/10)40.4
6、51Ir0.8012fI14)54O058027o04800C30MU7.5.Ml082f0.9)4(I,12)3(050)2(0.731I(12.454O050030o04400C30MUIO,M593f0.8Ifl,813f0.50)4(0.6012(11.4)48007503O0o3600C3OMU7.5.M10103(0.8)2(1/9)4f0.45)3(0.67)1(I2.4)4800670270040O0C30MU10.M5I】3(0|8)3(I,1O1f0.60)2f0.7314【9.514800580360044O0C20MUIO.M7.5I23畸4(1tl2f0.551110
7、8o13(10.4)48O0如033004800C25MU10.M7.5l34f0.7)lfl培)4fO45l2(O73)jfl0.4)42o075027o044O0C25MUlO.M7.5I44fO.7)2fl,913f0.50)1f0.80)4(9.5)42O067o3o0o4300C20MU10.M7.5I540.7)3I1tlO)2加L55)4(O.60)(I2414200533003600C,0MUl0.M5I64f0.7)4(I,121(n60)3f.67)2f11.414200500360040O0C30MU7.5.M10注:主粱跨度1It6000,托粱粱宽bb=250,砌体墙厚
8、h=240,顶粱截面kxht240180框架控截面bexhc=400x400,构造柱截面bccxhcc=240x240,尺寸单位取mln三,框支墙粱构件的内力近似计算通过对正交表的直观和方差分析(直观分析图表和方差分析袭均略),找出各因素对各关键截面内力指标的影响程度.继而由回归分析得到框支墙梁构件各主要截面的内力近似计算公式,相关性和符合程度都较好.计算公式结合计算简图说明如下:1.在竖向均布荷载的作用下:MO1.M02一按简支粱计算的大,小跨跨中弯矩,且=冒/8lizI.2(1)VOl,V02一按简支粱计算的大,小跨支座剪力,:g/2)i=1,2(2)Q0一作l刳住墙梁顶面的均布竖向荷载总
9、值(1)框架托粱各跨跨中截面内力按下列公式计算:各跨跨中弯矩Mbi=口fMoii=I.2(310l:fl19h嘏l_0.073)070-i.33lll032+oo62Ec/Eml0=fl33hl|-0.o73lf2.46-i72l矾il各跨跨寺力Ni;(idi)MoiyiHoyl=fi.30.079h,/l0(1.22-212hqO(o8O+O23lmfi.24-0.34Hdllly2=f243-.05h/lOfo67+8.39b/lt)(i3l-O44H/ltj(2)框架托梁各支座截面内力按F列公式计算:各支座剪力如产芦VoiJ:A.B,.-I;j=C.D,i=2bs:fO14+l36hlO
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