肋型板的等效剛度

摘 要：應(yīng)用剛度等效原理導(dǎo)出肋型板的等代無肋板厚度計(jì)算顯式，方法適既適用于不同縱、橫梁布置的板，也適用于板邊各種支承情況，包括邊界點(diǎn)支承的板。針對工程中肋型板不同的邊界約束狀況，給出撓曲試函數(shù)各種形式。計(jì)算過程涉及的數(shù)值積分簡便易行，便于工程技術(shù)人員運(yùn)用，與有限單元法相比，無需計(jì)算機(jī)程序。多個(gè)典型算例的結(jié)果表明，代換前后板上的撓度分布特征及扭轉(zhuǎn)角分布特征與有限元法計(jì)算結(jié)果在2%～5%誤差范圍一致。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)澆肋型板；等效剛度；能量法

中圖分類號(hào)：TU13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： explicit for calculating thickness of board without ribs are derived by the principle of equivalent stiffness of the rib board， The proposed method is applicable to the board in various decorate of transom and longitudinal beam， ， also apply to all kinds of plate edge support， including the plate supported by boundary point.In allusion to different type boundary constraints status of rib board in engineering， various forms of buckling trial function are given.Calculation process involves simple numerical integration only ， so convenient application to engineering and technical personnel. Compared with finite element method，don't need to computer program. The results of several typical examples show that distribution of deflection and reverse angle before and after stiffness replacement of the plate are consistent， and calculating error only 2%-5% to finite element method

Key words： Cast-in-situ rib board， equivalent stiffness， the energy method

肋型板包括各種邊界支承條件下的樓（屋）面梁板結(jié)構(gòu)、井字樓蓋。肋型板豎向剛度是設(shè)計(jì)中關(guān)注的問題之一。由于豎向荷載作用下梁肋和板協(xié)同工作，板的剛度、梁肋剛度及板邊支承條件的差異均會(huì)對這一結(jié)構(gòu)體系的組合剛度產(chǎn)生影響，從而對肋板作用效應(yīng)產(chǎn)生影響。對于肋型板的作用效應(yīng)，常規(guī)的計(jì)算用有限單元法完成[1][2][3][4]，相對于無肋板而言，可供參考的計(jì)算結(jié)果并無現(xiàn)成的顯式表述。我們從變形能等效原理出發(fā)，導(dǎo)出將各種肋形板等效為無肋板的等效剛度計(jì)算顯式，適用于工程上應(yīng)用的各類梁肋布置及各種邊界支承肋型板的計(jì)算，旨在便于工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)用。

1.等變形能剛度代換

理論推理過程的基本假設(shè)是：具有相同平面尺寸的肋型板（圖1a）與無肋板（圖1b）在相同荷載q作用下具有相同的彈性變型能，根據(jù)虛功原理，a狀態(tài)外力所做的功恒等于肋板變形后板內(nèi)積畜的變形能 ：

因此可設(shè)a、b兩狀態(tài)的板有相同的撓曲試函數(shù) ，即肋板與無肋板剛度相同。基于這一等剛度原則，a狀態(tài)的變形能由板和x向梁肋 及y向梁肋 共同貢獻(xiàn)：

其中：第一項(xiàng)面積分為周邊簡支或周邊固支板的彈性變形能，第二、三項(xiàng)線積分分別為x向梁肋及y向梁肋的彎曲變形能，最后兩項(xiàng)積分分別為x向梁肋及y向梁肋的扭轉(zhuǎn)變形能。由于梁肋與板變形的協(xié)調(diào)性，梁肋的撓曲函數(shù)均由板的撓曲試函數(shù) 唯一確定：x向梁肋撓曲函數(shù)為：

從上表可見，隨梁高寬比h/b增加，按材料力學(xué)計(jì)算的IP顯著偏大。在桿系結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件PKPM中，人為引入抗扭剛度折減系數(shù)（如0.4）以修正過大的抗扭剛度。我們認(rèn)為采用（e）式計(jì)算桿的抗扭剛度更適宜。

對于無梁肋的b狀態(tài)，其彈性變形能

（3）式為本文導(dǎo)出的與肋型板（圖1a）具有相等橫向剛度的等厚度板（圖1b）的厚度tb。tb在設(shè)定板的撓曲試函數(shù) 后即可求得，所涉及的積分一般均為簡單初等函數(shù)的定積分，運(yùn)算過程并不冗繁。當(dāng)板周邊非完全簡支或完全固支時(shí)[5]，第一項(xiàng)積分的被積函數(shù) 應(yīng)改為 。

2.板的撓曲試函數(shù)

3.算例

3.1 算例一：周邊簡支的井字樓蓋（圖2）

取撓曲試函數(shù) ，由（3）式計(jì)算等剛度代換后的無肋板厚

3.2算例二：周邊固支的井字樓蓋（圖2）

取振型函數(shù)

3.3算例三：周邊簡支的肋型樓蓋（圖3）

3.4算例四：周邊固支的肋型樓蓋（圖3）若上例中的肋型板周邊固支，將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入（6a）（6b）式后，由（5）式計(jì)算得等剛度代換后的無肋板厚

4.結(jié)論

4.1應(yīng)用能量原理導(dǎo)出肋型板與無肋板間等剛度轉(zhuǎn)換的板厚度計(jì)算顯式。計(jì)算過程涉及的定積分運(yùn)算簡便，方法適用于工程技術(shù)人員應(yīng)用，較有限單元法更簡單快捷。一但與肋型板剛度等效的等厚無肋板厚度 求得后，則可應(yīng)用彈性理論經(jīng)典方法[5]或既有的相關(guān)表格[6][7][8][9]查出肋型板的設(shè)計(jì)控制撓度。計(jì)算結(jié)果表明，采用本文方法計(jì)算的肋板撓度分布、扭轉(zhuǎn)角分布與有限元計(jì)算結(jié)果在2%—6%的誤差范圍一致。

4.2所得算式既適用于單向布肋的板，也適用于雙向布肋的板，只需在計(jì)算式中改變縱、橫向梁肋劃分?jǐn)?shù)m，n。

4.3所提出的計(jì)算方法適用于肋型板邊界約束條件任意的情況，包括板邊點(diǎn)（柱）支承的情況，只需在（4）式設(shè)定滿足邊界約束條件的初等函數(shù) ， 。

4.4多個(gè)典型算例結(jié)果表明，肋型板中梁肋的扭轉(zhuǎn)變形能對等效板厚 的影響并不顯著，對等效無肋板厚度 產(chǎn)生顯著影響的主要因素是梁肋的彎曲變形能，考慮梁肋扭轉(zhuǎn)對 貢獻(xiàn)與不考慮梁肋扭轉(zhuǎn)對等效板厚的的貢獻(xiàn)相差5%—10%，這一特點(diǎn)對于其他邊界支承條件及其他梁肋布置的板是典型的。

參考文獻(xiàn)

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【文章編號(hào)】1627-6868（2017）05-0025-04

【作者簡介】丁婷（1979-）女，貴州貴陽人，工學(xué)碩士，講師，主要研究方向：混凝土結(jié)構(gòu)。

【基金項(xiàng)目】貴州省科學(xué)技術(shù)基金，項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：黔科合J字[2011]2014號(hào)。