基于STM模型钢筋混凝土开洞深梁的设计及有限元分析

作     者：石跃兵 

作者单位：西华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王泽云

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：钢筋混凝土开洞深梁 STM模型 ACI318-11 GB50010-2010 BESO ANSYS 

摘      要：深梁作为现代钢筋混凝土结构中的重要构件,以其独特的承载能力在建筑结构中得到广泛的应用。由于深梁跨高比较小不符合平截面假定,普通梁的正截面和斜截面承载力理论不再适用于深梁,国外如美国、欧洲和澳大利亚等,在混凝土结构设计规范中均推荐使用STM(strut-and-tie Model)模型方法进行设计。国内混凝土结构设计规范在附录G中有专门的规定对深梁进行设计,但是该设计方法使用的是基于普通梁的分析方法,采用经验公式进行设计。按照国内规范设计的普通深梁(无开洞、受荷简单)其安全性能得到保障。对于钢筋混凝土开洞深梁这种复杂受力机理的构件,目前为止国内规范没有相关的条文可以参考使用,属于规范空白区。因此,需要探究一种科学合理的设计方法,对钢筋混凝土开洞深梁进行设计。目前对于钢筋混凝土深梁基于STM模型的设计进行的研究较多,但是对于钢筋混凝土开洞深梁的研究还很少,针对以上情况,本文主要做了如下工作:(1)详细对比分析了美国《混凝土结构设计规范》(ACI318-11)附录A中关于STM模型的设计方法,和我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)附录G中关于深梁的设计方法。(2)利用双向渐进结构优化法(BESO)对钢筋混凝土开洞深梁进行拓扑优化,通过对若干实例的分析,总结出利用BESO优化法建立钢筋混凝土开洞深梁STM模型的原则和方法,并给出深梁开洞位置、大小、等的限制与建议。(3)对一钢筋混凝土开洞简支深梁,在集中荷载作用下分别采用美国《混凝土结构设计规范》(ACI318-11)和我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)进行设计。总结出基于STM模型对钢筋混凝土开洞深梁进行设计的方法。(4)应用通用有限元软件ANSYS对两种计算方式计算的钢筋混凝土开洞深梁进行了分离式建模分析比较。数值建模分析验证了基于STM模型钢筋混凝土开洞深梁的设计方法的可行性和可靠性。