[发明专利]装配式建筑预制构件结构力学性能的有限元分析研究方法

权利要求书

1.装配式建筑预制构件结构力学性能的有限元分析研究方法，其特征在于：包括轻质组合结构力学性能的有限元分析方法与装饰立柱结构力学性能的有限元分析方法，

所述轻质组合结构力学性能的有限元分析方法包括以下步骤：

S1：建立有限元模型并对其进行模拟试验，采用混凝土损伤塑性模型，根据其结构特点，混凝土采用方形钢管约束下混凝土本构关系，根据试件的几何尺寸，对结构各部件进行建模，模拟试验中组合结构所承受的水平荷载与竖向荷载，在模拟中通过边界条件保留上端方向自由度，将水平低周往复荷载简化为水平单向按位移控制的分步加载，在有限元分析模拟加载时，定义三个分析步；

S2：得出有限元模拟结果并分析，该结构混凝土墙体在位移角达到约1/100时，达到峰值荷载，作为第一道抗震防线破坏，之后钢管框架承载力还未达到峰值，框架与钢筋网架形成第二抗震道防线承受荷载，墙体破坏后，框架与钢筋作为第二道防线承担大部分荷载；

S3：得出结论，该结构在承受地震荷载中具有明显的两道抗震防线，其中作为第一道防线的混凝土墙板在进行加载的前期阶段承担大部分的水平荷载，墙体发生剪切破坏，逐渐退出工作，水平荷载向框架及钢筋骨架组成的第二道抗震防线转移，最后框架梁、柱端局部屈服并出现较大塑性变形，呈弯曲破坏，在结构的加载过程中整体呈现出两阶段性；

所述装饰立柱结构力学性能的有限元分析方法包括以下步骤：

S4：分析传统计算方法，幕墙竖向装饰翼通过螺钉固定在幕墙立柱上，装饰翼通过3个支臂连接到开口截面铝合金立柱上，按照传统计算方法可得，再考虑传递到立柱上的侧向荷载引起的立柱弱轴受弯，立柱的综合应力大于其强度设计值；

S5：进行试验研究，实际工程中竖向装饰翼通过螺钉连接在开口截面铝合金立柱上，且开口截面立柱与玻璃板块连为一体共同受力，为准确分析装饰翼在侧向荷载作用下立柱的受力情况，分别对两种工况进行相应的试验研究和数值分析，设计1:1的单元体板块，研究带玻璃面板立柱的变形并验证有限元分析模型的正确性，试验中对半闭口截面立柱进行试验测试，比较半闭口截面立柱和开口截面立柱的受力性能；

S6：提出设计建议，通过试验研究和有限元数值模拟可知，在分析带竖向装饰翼立柱的受力性能时，将框架作为竖向装饰翼的固定端，在侧向荷载作用下，仅分析装饰翼本身的结构强度和装饰翼与立柱的连接强度；

S7：得出结论，传统计算方法所得立柱应力大于其设计强度，与实际工程应用情况不符；实际工程中，横梁、立柱和玻璃面板形成整体刚度较好的框架，装饰翼在侧向荷载作用下，进行受力分析时将整体结构作为竖向装饰翼的固定端，仅分析装饰翼本身的结构强度和装饰翼与立柱的连接强度；在设计中应对装饰翼和立柱的连接部位进行加强；由于是单元板块整体受力，立柱型材是否采用闭口形式，对立柱抗扭作用不明显；装饰翼扭转引起的立柱和玻璃之间的结构胶应力增加不明显。

2.根据权利要求1所述的装配式建筑预制构件结构力学性能的有限元分析研究方法，其特征在于：所述S1中的三个分析步为初始分析步，及后续分析步Step-1，Step-2。

3.根据权利要求1所述的装配式建筑预制构件结构力学性能的有限元分析研究方法，其特征在于：所述S1中各部件主要包括边框梁柱、混凝土墙、钢筋及网架、水平荷载加载头及分配梁。

4.根据权利要求1所述的装配式建筑预制构件结构力学性能的有限元分析研究方法，其特征在于：所述S1中的“边界条件”定义中柱脚设为完全嵌固，即约束柱脚下表面所有节点的全部自由度。

5.根据权利要求1所述的装配式建筑预制构件结构力学性能的有限元分析研究方法，其特征在于：所述S4中开口截面铝合金立柱截面扭转模量It=3823mm4，装饰翼所承受的侧向荷载为2.0kN/m2，其宽度为350mm，高度为4m，荷载作用点力臂取244mm，幕墙立柱壁厚t=3mm。

6.根据权利要求1所述的装配式建筑预制构件结构力学性能的有限元分析研究方法，其特征在于：所述S5中两种工况分别为对带玻璃面板立柱的试验及分析与对不带玻璃面板立柱的试验及分析。