小跨高比连梁新配筋方案的混凝土强度影响分析

2011-09-12 06:16李萍，刘永，刘绒

四川建筑 2011年5期

李萍，刘永，刘绒

(西安铁路职业技术学院，陕西西安710006)

在剪力墙结构和框架－剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢、墙肢与框架柱的梁称为连梁。连梁是剪力墙肢之间的传力纽带。连梁的强度、刚度、延性及耗能能力对联肢剪力墙的抗震性能有很大影响［1］。在框架－剪力墙结构和框架－核心筒结构中常用的跨高比(连梁净跨与其截面高度之比)为0.5～2.5之间的小跨高比连梁，在地震作用下属于两端受转动约束的反对称弯曲的深梁，其剪弯比(作用剪力与弯矩之比)很大［2］。

文献［3］提出沿连梁截面高度配置三层封闭箍筋的新配筋方案取代普通配筋方案中的一层封闭箍筋，并做了三个试件的探索性试验。试验结果表明，该配筋方案能有效提高小跨高比连梁的抗震性能。本文作者也运用ANSYS有限元程序，对这种连梁进行非线性有限元模拟，分析连梁具有较好的延性和耗能能力［4］。为了进一步了解新配筋方案小跨高比连梁的受力及变形性能，本文对不同混凝土强度下的新配筋方案连梁进行非线性有限元分析，探讨混凝土强度对小跨高比连梁受力性能的影响。

1 结构模型

为了研究混凝土强度对新配筋方案小跨高比连梁受力性能的影响，本文模拟3个剪压比不同的试件［5］(剪压比分别为0.15，0.2，0.25)，试件配筋情况见表1。取剪力墙结构上下层中间带连梁部分作为计算模型，连梁的尺寸为ln×b×h=900 mm×100 mm×600 mm，试件尺寸及连梁配筋详见图1。

试件的混凝土材料分别选用C40、C30、C25、C20，混凝土的本构关系采用清华大学过镇海研究的单向轴压应力－应变曲线［6］。

表1 试件的剪压比及配筋情况

图1 连梁试件尺寸及配筋

在定义破坏面时，ANSYS程序中的Concrete材料破坏准则采用Willam－Warnke的五参数破坏准则。由此将混凝土的单轴本构关系转化为三轴本构关系来进行计算。本文采用的参数如下:

钢筋强度等级采用HPB235和HRB400两种，采用双线型随动强化塑性选项。

钢筋混凝土有限元模型中，混凝土与钢筋的组合方式采用组合式模型，混凝土单元采用 Solid65，钢筋单元采用Link8。

本文对混凝土连梁张开裂缝和闭合裂缝分别取0.35和0.75，关闭混凝土的压碎开关。

本文划分单元时，考虑到连梁试件的形状很规则，因此在ANSYS程序中采用映射划分单元，所有实体单元都是正六面体单元。上部端块加载梁支座处加设40 mm厚的钢垫板，以避免出现局压破坏。

试件加载采用位移加载，即在加载型钢梁的下端部施加一个水平位移，每次加载为2 mm，逐步增大，直到模型达到承载力强度为止。

2 有限元分析结果

2.1 荷载－位移关系

有限元计算的试件荷载－位移曲线如图2所示。由图可见，试件弹性变形阶段很短，荷载不大时进入弹塑性变形阶段。随荷载增大，最初的小裂缝成为贯通裂缝，曲线出现下降段。

图2 试件荷载－位移曲线

2.2 承载能力分析

小跨高比连梁不同混凝土强度等级时的承载力见表2，影响曲线见图3(a)～图3(c)和图4。比较试件的荷载曲线图可以看到随着混凝土强度等级的增大，3个模型的屈服荷载和极限荷载都在增加。3个模型的极限荷载曲线基本呈直线增加，屈服荷载几乎呈直线逐步增加。通过三个试件之间的比较可以发现，CB－3极限承载力最大，其次是CB－2、CB－1。