【摘 要】随着建筑行业的蓬勃发展，无梁楼板的应用日趋广泛。同时，随着无梁楼板结构的应用扩展，其结构种类也在不断增加，其中开洞钢筋混凝土无梁楼板的使用正在呈现流行趋势。然而，当前对其性能的研究尚少。为此，本文依托有限元分析的方法，分别对洞口尺寸、形状、位置等作为影响因素时进行分析对比，以期为今后更好使用开洞无梁楼板结构提供借鉴。
【关键词】开洞；无梁楼板；有限元；力学分析
一、引言
在实际应用中，无梁楼板结构虽然解决了有梁结构交错复杂的违和感，但是也带来了一定问题需要解决。例如，在无梁楼板结构中，需要打穿各种不同尺寸形状的洞口，以便日后的电线、管道的铺设。这样一来，各种形状、尺寸以及不同位置的空洞可能对无梁楼板的受力有影响。为了保证施工质量和日后安全。有必要对这一力学性能进行剖析和总结规律。为此，本文将应用有限元分析方法对洞口的尺形状及位置的不同对无梁楼板力学性能影响效果进行对比论证，力争为今后的实践提供指导借鉴。
二、有限元分析的概念
一直以来，在各类工程设计过程中，采用的评估方法大多数情况下应用的是线弹性理论。具体的思想就是在设计到建筑物的某个部位或部件后，应用其线弹性解，给其一个系数进行约束限制，以达到分析相关部位或部件塑性内应力的重分布的情况。尽管这种方法在一定程度上简化了分析过程，但是其可能远远偏离实际情况而出现失真的不良后果
在钢筋混凝土板系中，钢筋率的不同往往决定是采用线弹性分析方法还是非线性分析方式。当配筋率处在一定的配筋率的条件下，钢筋混凝土板系发生的变形往往属于线弹性形变，此时采用线弹性分析方法对材料进行力学分析是合适的。然而随着形变的继续增大，当发生相对位移的情况，此时的形变特征属于非线性范畴，体现出明显的非线性特征。而后，伴随着形变继续增大就会发生失效。所以，对于结构出现相对位移的反应，采用的力学性能分析方法应该是遵循非线性分析方法的标准。
应用非线性分析方法首要的分析工具就是数值分析方法。在当前网络技术大爆炸的时代，有限单元法得到空前的应用热潮。具体应用就是通过机器的连续运算和处理，可以描述结构受力过程中的弹塑性变形、裂缝出现直至结构破坏等重要性能。从而改变长期以来主要依靠大量反复的试验，结合数理统计的手段得出经验的或半理论半经验的计算公式，并以此为设计提供依据的较为被动的传统方法。在大型有限元软件 ANSYS 中，有多种单元可以用来模拟材料的非线性，为分析复杂模型提供了很多方便。本文采用 ANSYS6.1 通用有限元分析软件中程序自选的牛顿-拉普拉斯求解器，把荷载分成一系列的荷载增量，迫使每个荷载增量的末端迭代到收敛，减少了误差的累计。
三、有限元分析下的性能探讨
1、性能分析结论
针对该结构体系的性能，本文进行了理论分析及有限元计算，采用ANSYS程序进行了力学模拟，分别对洞口形状、洞口位置和洞口尺寸进行研究讨论，并根据多年的工作经验，获得如下的结论。
（1）有限元分析计算结果表明，不管洞口形状、洞口尺寸和洞口位置如何变化，除了会改变开洞板的局部应力外，明显的带状分布成为其余板面应力的主要分布特点，整体无梁楼盖板柱结构体系的受力特点变化幅度较小。因此，针对整体无梁楼盖结构，等效框架法或者经验系数法等适用于无梁楼盖板结构依旧具有适用性。
（2）洞口形状不同，应力集中的凸显性也不同，应力集中现象的明显性大小依次为矩形洞口、方形洞口和圆形洞口。随着洞口尺寸的增加，与开洞板面应力变化相比较，洞边应力变化复杂许多。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆洞角由最初的受压逐渐变为受拉，并且应力伴随着洞口尺寸的增大而增大。有限元分析指出，洞口形状为矩形时洞角应力最大。洞口以开在无梁楼板的角跨位置时，局部板块应力增加最多，端跨次之，而洞口开在无梁楼板内部对板面应力影响最小；当洞口中心在一块板块上移动时，由本文计算分析可知当洞口距柱所在位置很近时，即洞口中心与柱中心距离在柱中心连线即板跨长的四分之一左右时，带洞口板面才会成为整个无梁楼板的最危险截面所在。
（3）对于受竖向均布荷载作用结构形式比较规整、洞口分布比较单一的开洞无梁楼板的工程实际设计，可先将开洞无梁楼板等效成等截面连续梁，计算出相应的抗弯刚度降低系数，再运用屈服线理论得到针对不同开洞比下楼板的极限承载力降低系数，综合这两个参数即可求得各板带的分配弯矩。
2、开洞钢筋混凝土无梁楼板的补强手段
基于上述研究结论，提出以下措施：
（1）采用等效框架法和直线设计法大致估算无梁楼板的极限承受力，同时对配筋进行加强加固工作。
（2）上下层楼板和开洞层楼板都需要一定程度的加厚，最大限度减少刚度变弱带来的负面影响；
（3）适当增大开洞处边梁的截面面积和配筋量，增加结构的强度和韧性。同时，还要使得洞边边梁的宽度大于等于梁板厚度的二倍，纵向钢筋配备高于百分之二；
（4）对于钢筋接头来讲，目前所采用的主要形式是通过机械或焊接接头的方法。为此，接班钢筋一定要全锚加固在边梁的内部，这样一来，就可以是楼板自身起到水平梁的作用。
四、结语
总之，本文利用有限元分析方法对开洞钢筋混凝土无梁楼板的性能展开研究，发现应力应变作用下的楼板力学性能，希望对今后的工程研究有所助益。随着无梁楼板结构的板上开洞应用的常态化，需要加强对无梁楼板开洞性能的研究，但是当前针对无梁楼板开洞的探讨还不够充分，诸如板柱节点与洞口之间的相互作用，还需要工程技术人员开展深入的试验工作。
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论文作者:方针
论文发表刊物:《低碳地产》2016年6月第11期
论文发表时间:2016/11/8
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