某型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁節(jié)點(diǎn)非線性有限元分析

何立才

（深圳市華陽國際工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518038）

1 概述

某超限高層由于建筑功能需要，外圍框架柱設(shè)置轉(zhuǎn)換，見圖1所示。為進(jìn)一步揭示轉(zhuǎn)換部位的受力狀態(tài)，對轉(zhuǎn)換梁節(jié)點(diǎn)進(jìn)行非線性有限元分析。

圖1 轉(zhuǎn)換部位平面圖

2 有限元模型

柱混凝土強(qiáng)度等級為C60，轉(zhuǎn)換梁混凝土強(qiáng)度等級為C50；轉(zhuǎn)換梁縱向鋼筋采用HRB500，其余鋼筋均為HRB400；柱、梁中型鋼均為Q345GJB。

混凝土采用實(shí)體單元（C3D8R）模擬；鋼筋采用桁架單元（T3D2）模擬，嵌入（embed）混凝土中；型鋼采用殼單元（S4R）模擬，嵌入（embed）混凝土中。計(jì)算模型如圖2所示。

混凝土材料模型采用彈塑性損傷模型，采用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）附錄C 給出的混凝土受壓、受拉本構(gòu)模型[1]。

鋼筋、鋼材采用雙線性隨動(dòng)硬化模型，強(qiáng)屈比設(shè)定為1.25，極限應(yīng)力所對應(yīng)的極限塑性應(yīng)變?yōu)?.025。

注：梁上、下翼緣部位殼單元坐標(biāo)軸同整體坐標(biāo)軸；上柱翼緣、梁腹板、下柱腹板部位殼單元1 方向同整體X 軸，2 方向同整體Z 軸；上柱腹板、加勁肋、下柱翼緣部位殼單元1 方向同整體Y 軸，2 方向同整體Z 軸。

圖2 計(jì)算模型

3 計(jì)算結(jié)果

以中震彈性下的最不利組合為例，各部位計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 計(jì)算結(jié)果

結(jié)果表明，混凝土在轉(zhuǎn)換梁斜壓區(qū)域有非常輕微的受壓損傷；混凝土在轉(zhuǎn)換梁的受拉區(qū)域均出現(xiàn)受拉損傷，在斜壓區(qū)域亦出現(xiàn)一定的受拉損傷。

轉(zhuǎn)換梁上下縱向鋼筋在上柱的兩端壓應(yīng)力最大，拉應(yīng)力在混凝土受拉損傷部位增大明顯。鋼筋應(yīng)力均小于鋼筋抗拉（壓）強(qiáng)度設(shè)計(jì)值435（410）Mpa。

轉(zhuǎn)換梁中箍筋最大拉應(yīng)力為126.3 Mpa 小于鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值360Mpa。

型鋼mise 應(yīng)力最大為224.4Mpa，小于鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值325Mpa。

轉(zhuǎn)換梁可滿足中震彈性的性能目標(biāo)。

4 結(jié)語

通過對轉(zhuǎn)換梁節(jié)點(diǎn)非線性有限元分析，可以很清晰地得到各部位的受力狀態(tài)，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)；同時(shí)可復(fù)核構(gòu)件是否滿足預(yù)期的抗震性能目標(biāo)。