鋼-混凝土組合連梁抗震性能研究.pdf

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1、鋼一混凝土組合連梁抗震性能研究沈杰1，葛飛2(1．西安建筑科技大學(xué)，陜西西安710055；2．陜西省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，陜西西安710003)摘要：在小跨高比情況下，通過在連梁中嵌入抗剪鋼板可有效約束混凝土受剪斜裂縫在跨中的開展，使得混凝土因斜向壓潰導(dǎo)致的斜壓剪切破壞推遲出現(xiàn)，使小跨高比連梁在斜向450應(yīng)力集中區(qū)形成有效的傳力機(jī)構(gòu)，承載能力、延性及耗能明顯提高。本文運(yùn)用ABAQUS有限元軟件，針對配有內(nèi)包鋼板的鋼-混凝土組合連梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模擬分析，研究內(nèi)包鋼板或型鋼在不同開孔形式、開孔率及孔長寬比條件下對組合連梁整體受力性能的影響。關(guān)鍵詞：小跨高比；內(nèi)包鋼板

2、；組合連梁；延性；耗能中圖分類號：TU375文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號：1672—4011(2012)04—0056—020前言在水平地震作用下，剪力墻結(jié)構(gòu)最理想的破壞模式是由連梁首先彎曲破壞，隨著塑性鉸的變形而吸收地震能量，同時(shí)降低結(jié)構(gòu)剛度，減小地震力，隨著荷載的加大，結(jié)構(gòu)因墻肢底部出現(xiàn)塑性鉸而喪失承載能力。通過塑性鉸的變形來體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體延性。而對于墻肢底部，即使增加配筋，延性的提高也十分有限，因此提高連梁的延性是剪力墻設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在連梁跨高比較大的情況下，連梁以彎曲破壞為主，通過合理的設(shè)計(jì)，采用普通配筋方式就可保證連梁的延性，而對于跨高比較小的深梁，連梁以剪切變形為主

3、，為了保證連梁的延性采用普通配筋方式效果并不理想，鑒于鋼結(jié)構(gòu)普遍具有斷面小、自重輕及延性好的特點(diǎn)，將這兩種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)勢組合，形成一種組合連梁，來達(dá)到小跨高比連梁對延性的要求。本文主要通過模擬鋼．混凝土組合連梁模型，著重研究內(nèi)包鋼板在不同開孔形式、開孑L率及不同孔長寬比下對組合連梁整體受力性能的影響。l模型的建立分析模型的幾何尺寸見圖I，試件跨高比為1．0，墻肢和連梁的混凝土強(qiáng)度等級均為C35。連梁的截面尺寸為b×h=200×400(mm)，凈跨L。=400mm，鋼板尺寸為600×200(mm)，厚8mm，有限元模型見圖2。分別進(jìn)行單向和往復(fù)循環(huán)兩種形式的模擬加載，往

4、復(fù)加載方案見表1。在ABAQUS中混凝土和鋼筋用分離式建模，混凝土采用考慮損傷因子的塑性損傷本構(gòu)模型。在塑性損傷模型中彈性剛度的退化可以通過受拉損傷變量d，和受壓損傷變量d，分別來表示。這兩個(gè)損傷變量均是塑性應(yīng)變、溫度和場變量的函數(shù)，即：d。=d。(；■pZ)；o≤d，≤1d。=d。(；：。，p。f)；0≤d，≤1鋼筋采用線性強(qiáng)化彈塑性模型，并取鋼材屈服后的彈性模量E：為其初始彈性模量E。的1％。內(nèi)包鋼板選用軟鋼Q235B，該材料在單向拉伸時(shí)有明顯的屈服平臺(tái)，因此考慮采用帶有水平段和應(yīng)變強(qiáng)化段的三折線模型，模型參數(shù)參見了之前哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料力學(xué)試驗(yàn)室針對該種材料所進(jìn)行

5、的拉伸試驗(yàn)，具體如圖3所示。鋼材的彈性模量取為E=1．95X105MPa，泊松比為0．3038。l氣I、100LLI,1001<卜竺+j生斗j斗圖1分析模型幾何尺寸圖2有限元模型圖3鋼板三折線本構(gòu)關(guān)系表1循環(huán)加載方案15～6．57．O～8．O幅值(mm)l間隔0．5間隔1．0循環(huán)周數(shù)1l2各系列參數(shù)軟鋼耗能鋼板的開孑L方式包括單排孔、雙排孔和三角形開孑L，開孑L率是指開孑L面積與鋼板工作區(qū)面積的比值，通過調(diào)整這些參數(shù)，共設(shè)計(jì)出6個(gè)系列不同形式的內(nèi)包鋼板，各種型號見表2。主翌鏨盔三墨堡童業(yè)壘絲墨羔縫墊絲塑堡!盤簍i旦表2鋼梁試件尺寸表孔編命名開孔率厶％h型號(％)(ram

6、)(Him)(mm)1H10A9．615512050810條2H20A9．21551205016103H10B9．5167．5957510形開孑L240mmX8mm，4HIOC9．610單列47L均勻分布——a1bldla2b2d，二二(mm)角形5H10D9．4150755012525106H20D21．115062．5112．55087．537．510(a)雙排孔鋼連粱(b)單排孔鋼連梁(c)三角形孔鋼連粱圖43模擬分析結(jié)果(d)鋼連梁側(cè)面圖不同開孔銅梁示意圖通過有限元模擬得到了上述6個(gè)系列組合連梁結(jié)構(gòu)在單向加載下的荷載一位移曲線和在變幅值往復(fù)循環(huán)加載下的骨架曲線，

7、分別見圖5～6所示。一一H10D冀婪蕊?·H10A卜{i—●pHlocZ磁辛蔑邂：S。L?一··H20D—*一H20A～∥l8—6—5_4—3—2—10l2345678位移(mm圖6各系列組合連粱骨架曲表AS4系列試件的延性系┃屈服位┃屈服荷┃極限位┃極限荷延試(mm(kN(mm(kN系A(chǔ)S1．33416．5712．7H10O．827lO．04511．9H101．13111．5210．0H101．02512．4312．0ASH10O．92910．549H201．22310．3397．6H201．3249．9427．3由于該組合結(jié)構(gòu)的荷載一