雙連梁聯肢框架剪力墻的抗震性能分析

王中強，陳竹豪

（長沙理工大學 土木工程學院，湖南長沙 410114）

0 引言

雙連梁是在深連梁的中間部分開一條水平縫隙，以形成新的上、下兩個連梁為基礎的新型連梁結構，該結構可降低單連梁的剛度，減少地震能量的吸收，以防止或減少其在地震中的損傷與破壞。大量震害表明，跨高比較大的雙連梁抗震性能明顯優于跨高比較小的深連梁[1]。 李杰[2]對鋼筋混凝土短肢單連梁與雙連梁進行了結構非線性對比分析，結果表明，單連梁的受拉損傷區域大于雙連梁。 谷倩[3]對雙連梁剪力墻與深連梁剪力墻的抗震性能進行了分析，發現雙連梁的位移延性與耗能均高于單連梁。

本文運用ABAQUS 進行了模態與動力時程分析，在兩個開洞中心線相對位置不變、連梁間開縫大小不同的條件下，加入了框架結構，分析兩種結構在地震波下的受力情況、層間位移情況，討論不同的開縫大小對其結構的影響。

1 有限元模型建立

本文在李奎明[4]、丁永軍[5]模型的基礎上，建立了兩個一榀8 層框架剪力墻結構，按照1/3 縮尺進行設計，框架剪力墻墻體尺寸如圖1 所示，其中結構1 是縫槽為100mm 寬的雙連梁，結構2 是縫槽為200mm 寬的雙連梁。 兩模型縱筋均為HRB400，箍筋均為HRB335。 底座縱筋與箍筋為C22、B6，柱縱筋與箍筋為C8、B4， 梁縱筋與箍筋為C8、B4， 剪力墻縱筋與箍筋為C10、B4。 梁截面180mm×120mm，柱截面200mm×200mm，底座截面400mm×450mm，剪力墻厚120mm，結構配筋局部圖見圖2。

圖1 模型尺寸

圖2 結構局部配筋示意圖

1.1 材料模型

模型的混凝土損傷塑性模型參數見表1。

表1 混凝土材料系數

1.2 框架-雙連梁聯肢剪力墻模型建立

建模中，混凝土采用實體單元，鋼筋采用桁架單元，框架與剪力墻采用合并的方式作為一個整體。 因為底座不是研究的主體， 所以底座與上部結構采用綁定的方式連接， 鋼筋與混凝土采用內置的方式連接，以此來確保其在地震分析時的整體性。 混凝土采用C3D8R 劃分網格，鋼筋采用T3D2 劃分網格，剪力墻部分為確保其網格的規則性， 用基準面對其進行分區。 在地震加載中，把地震幅值作用于底座底部的X 方向上。 在載荷方面只加載了重力荷載與X 方向上的地震波。

1.3 地震波

在進行動力時程分析時，應選擇適宜的實測地震波與人工模擬波，實測地震波數量不得少于所選地震波的2/3。本文對兩個模型施加一條人工波、兩條天然地震波，通過ABAQUS 隱式算法來模擬地震情況。此次天然地震波的加速度峰值分別為1.0545m/s2、1.0912 m/s2，人工波的加速度峰值為2.2141m/s2。 地震波波形如圖3 所示。

表3 Coyote波結構層間剪力最大值（N）

圖3 地震波波形

2 有限元分析

2.1 受力分析

以所選出的三條地震波對兩個模型進行時程分析，兩模型最大層間剪力及基底剪力見表2—表4。 通過表2 可以看出，三種地震波下結構2 所受層間剪力、基底剪力均小于結構1 所受層間剪力、基底剪力。 在Mammoth 波中，結構2 相較于結構1 基底剪力減小了233N，減震率為0.23%；在Coyote 波中，結構2 相較于結構1 基底剪力減小了925N，減震率為0.9%；在人工波中，結構2相較于結構1 基底剪力減小了35210N，減震率為18.7%。

表2 Mammoth波結構層間剪力最大值（N）

表4 人工波結構層間剪力最大值（N）

2.2 層間位移角

圖4 為雙連梁聯肢框架剪力墻模型在三條地震波下的最大層間位移角，均小于最大層間位移角1/550，曲線走勢大體相似。結構2 的層間最大位移角在結構中上部區域有明顯減小，這是由于在結構2 中，剪力墻雙連梁結構的連梁深度更大，與結構1 相比，其整體剛度較大，表明在地震作用下，剪力墻中雙連梁開洞間隙較大的模型對結構的層間位移有更好的控制。

圖4 雙連梁聯肢框架剪力墻模型在三條地震波下的最大層間位移角

3 結語

對雙連梁聯肢框架剪力墻結構進行有限元分析，得到以下結論：

（1） 200mm 寬的雙連梁框架剪力墻， 因其整體連梁構件比100mm 寬的雙連梁框架剪力墻略大，所以，其結構的整體剛度大于100mm 寬的雙連梁框架剪力墻，從而，結構2 的整體承載能力得到增強。 在相同地震波下， 結構2 所受的層間剪力小于結構1所受層間剪力，且在最大地震加速度增大的情況下，結構2 比結構1 的減震率高；

（2） 從兩個結構的層間位移角可知，結構的中部層間位移角最大，在最大地震加速度越大的情況下，相對于結構1，結構2 的抗側移能力越強。

綜上所述，在兩個開洞中心線相對位置不變的情況下，連梁間開縫寬度200mm 的雙連梁聯肢框架剪力墻比開縫寬度100mm的雙連梁聯肢框架剪力墻結構更為合理，有更好的受力性能與剛度，抗側移能力也更強，更有利于抗震，但雙連梁的具體開縫寬度的合理范圍還有待進一步研究。