大跨度型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁中腹板厚度對(duì)受力性能的影響

閆龍

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712100）

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(zhǎng)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(wú)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(guò)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(duì)轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行分析，因此對(duì)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(duì)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(duì)轉(zhuǎn)換梁受力性能進(jìn)行測(cè)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(jí)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(gè)方向自由度，在重力方向施加均布荷載，采用多級(jí)逐級(jí)加載[3]。

經(jīng)過(guò)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(shuō)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(dòng)的趨勢(shì)，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(huì)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(huì)帶來(lái)很多額外的負(fù)擔(dān)和難點(diǎn)。

圖1 （a）跨中型鋼應(yīng)力與豎向位移關(guān)系

圖1 （b）跨中底部縱筋應(yīng)力與豎向位移關(guān)系

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(huì)使轉(zhuǎn)換梁剛度過(guò)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(guò)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(méi)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(méi)有對(duì)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(wèn)題進(jìn)行分析，存在局限性。在日后的研究過(guò)程中，會(huì)加強(qiáng)大跨度轉(zhuǎn)換梁對(duì)整個(gè)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。