大跨度型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁中腹板厚度對受力性能的影響

閆龍

【摘 要】論文以某結(jié)構(gòu)框架—剪力墻井塔結(jié)構(gòu)為模型，對該結(jié)構(gòu)標(biāo)高18.2m處進(jìn)行抽柱處理，并將轉(zhuǎn)換大梁設(shè)計(jì)為型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁。利用有限元軟件對大跨度型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁受力性能進(jìn)行了豎向荷載下的受力分析，發(fā)現(xiàn)在改變型鋼腹板厚度時(shí)，不斷增大型鋼腹板厚度并不能持續(xù)增強(qiáng)轉(zhuǎn)換梁的承載能力。

【Abstract】The paper takes a structural frame-shear wall well tower structure as the model， and draws the column at 18.2m elevation， and designs the converted girders into steel-concrete conversion beams. The finite element software is used to analyze the mechanical behavior of long-span steel-concrete conversion beam under vertical load. It is found that increasing the thickness of the steel web can not continuously enhance the bearing capacity of the conversion beam when changing the thickness of the steel web.

【關(guān)鍵詞】型鋼混凝土;腹板厚度;轉(zhuǎn)換梁;受力性能

【Keywords】steel reinforced concrete; web thickness; conversion beam; mechanical properties

【中圖分類號】TU398+.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）07-0189-02

1 工程概況

某礦井項(xiàng)目工程主立井井塔，采用框架—剪力墻的箱框結(jié)構(gòu)。長28m，寬24m，總高度為96.5m。為了加快表層土和部分基巖段的施工進(jìn)度，立井采用凍結(jié)法施工， 但這導(dǎo)致原方案中框架柱下無法到達(dá)設(shè)計(jì)深度[1]。為了降低成本，考慮采用底層抽柱的設(shè)計(jì)方案，從而形成帶轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的井塔。

2 模型建立

通過ABAQUS有限元軟件，按照設(shè)計(jì)比例進(jìn)行建模，根據(jù)要求的邊界條件進(jìn)行定義，并進(jìn)行豎向荷載的布置[2]。轉(zhuǎn)換梁和框支柱的設(shè)計(jì)尺寸較大且內(nèi)部鋼筋排布密集，由于文章著重對轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行分析，因此對轉(zhuǎn)換梁以及框支柱依據(jù)實(shí)際情況建模，并將上部框架結(jié)構(gòu)和下部轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進(jìn)行耦合。

3 型鋼混凝土中腹板厚度對轉(zhuǎn)換梁受力性能的影響

擬用腹板厚度作為變化參數(shù)對轉(zhuǎn)換梁受力性能進(jìn)行測試研究，原模型的腹板厚度為70mm，在此基礎(chǔ)上分別將厚度增大到75mm、80mm、85mm，采用靜力逐級加載，荷載的取值采用原模型數(shù)值。由于原工程采用凍土法施工，柱底為剛接，所以在軟件模擬中約束柱底三個方向自由度，在重力方向施加均布荷載，采用多級逐級加載[3]。

經(jīng)過非線性有限元計(jì)算得出不同腹板參數(shù)下，型鋼跨中應(yīng)力與撓度的曲線關(guān)系如圖1（a）所示、底部受拉鋼筋跨中應(yīng)力與撓度曲線關(guān)系如圖1（b）所示。

由圖1（a）曲線所示的關(guān)系可知，當(dāng)型鋼翼腹板厚度為70mm、75mm、80mm、85mm時(shí)，型鋼進(jìn)入屈服時(shí)，轉(zhuǎn)換梁豎向位移分別為65mm、77mm、71mm、76mm;跨中受拉鋼筋進(jìn)入屈服時(shí)，轉(zhuǎn)換梁豎向位移分別為87mm、83mm、79mm、76mm。

由圖中曲線得出，當(dāng)腹板厚度由70mm增大到75mm時(shí)，型鋼進(jìn)入屈服時(shí)所需的轉(zhuǎn)換梁豎向位移值由65mm提高到77mm，說明轉(zhuǎn)換梁整體的剛度提高了，并且型鋼的屈服時(shí)間被延后了[4]。與此同時(shí)，受拉鋼筋進(jìn)入屈服時(shí)，轉(zhuǎn)換梁豎向位移由87mm降低為83mm。由此可以看出，在一定程度上增大腹板厚度，型鋼承載力能得到更充分的利用，并且增大腹板厚度有利于轉(zhuǎn)換梁抗剪能力，保證抗震要求中的“強(qiáng)剪弱彎”，更有助于構(gòu)件的整體受力。

隨著腹板厚度不斷增大，型鋼進(jìn)入屈服時(shí)所需的撓度出現(xiàn)波動的趨勢，而受拉鋼筋進(jìn)入屈服的撓度不斷減小，跨中型鋼與受拉鋼筋到達(dá)屈服時(shí)所需撓度也逐漸接近，可以更好地幫助型鋼去承受荷載。與此同時(shí)也可以看出，腹板厚度增大到80mm時(shí)，型鋼進(jìn)入屈服時(shí)的撓度卻下降為71mm;當(dāng)腹板厚度增大到85mm時(shí)，型鋼進(jìn)入屈服時(shí)的撓度又變?yōu)?6mm，所以增大腹板厚度并不能有效地增大型鋼的承載能力，并且還可能會引起“強(qiáng)梁弱柱”的情況，不利于抗震，另一方面，從施工和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，也會帶來很多額外的負(fù)擔(dān)和難點(diǎn)。

4 結(jié)論

在豎向荷載作用下，一定程度上增大腹板厚度，型鋼承載力能得到更充分的利用，保證抗震要求中的“強(qiáng)剪弱彎”。但持續(xù)增大會使轉(zhuǎn)換梁剛度過大，不利于“強(qiáng)柱弱梁”，并且不利于加工，提高了造價(jià)成本。所以在這種大跨度轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)時(shí)，要經(jīng)過有限元的分析計(jì)算，選出最合適的型鋼截面尺寸以及配筋。

本文在做有限元分析時(shí)，沒有考慮框支柱與轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換梁參數(shù)變化與整體結(jié)構(gòu)的關(guān)系，只是做了轉(zhuǎn)換梁的局部分析，并且沒有對改變參數(shù)后的抗震性能以及整體結(jié)構(gòu)的薄弱層、層間位移等問題進(jìn)行分析，存在局限性。在日后的研究過程中，會加強(qiáng)大跨度轉(zhuǎn)換梁對整個結(jié)構(gòu)的受力性能分析，并考慮加入一些隔震、減震的研究。

【參考文獻(xiàn)】

【1】黃道生，李斌，吳衍智，等.礦山特種結(jié)構(gòu)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1992.

【2】沈蒲生.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

【3】唐新榮.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

【4】婁宇，魏璉，丁大鈞.梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中的一些問題探討[J].四川建筑科學(xué)研究，1996（1）：7-11.