大跨度型钢混凝土转换梁中腹板厚度对受力性能的影响

闫龙

（杨凌职业技术学院，陕西 咸阳 712100）

1 工程概况

某矿井项目工程主立井井塔，采用框架—剪力墙的箱框结构。长28m，宽24m，总高度为96.5m。为了加快表层土和部分基岩段的施工进度，立井采用冻结法施工，但这导致原方案中框架柱下无法到达设计深度[1]。为了降低成本，考虑采用底层抽柱的设计方案，从而形成带转换梁结构的井塔。

2 模型建立

通过ABAQUS有限元软件，按照设计比例进行建模，根据要求的边界条件进行定义，并进行竖向荷载的布置[2]。转换梁和框支柱的设计尺寸较大且内部钢筋排布密集，由于文章着重对转换梁进行分析，因此对转换梁以及框支柱依据实际情况建模，并将上部框架结构和下部转换结构进行耦合。

3 型钢混凝土中腹板厚度对转换梁受力性能的影响

拟用腹板厚度作为变化参数对转换梁受力性能进行测试研究，原模型的腹板厚度为70mm，在此基础上分别将厚度增大到75mm、80mm、85mm，采用静力逐级加载，荷载的取值采用原模型数值。由于原工程采用冻土法施工，柱底为刚接，所以在软件模拟中约束柱底三个方向自由度，在重力方向施加均布荷载，采用多级逐级加载[3]。

经过非线性有限元计算得出不同腹板参数下，型钢跨中应力与挠度的曲线关系如图1（a）所示、底部受拉钢筋跨中应力与挠度曲线关系如图1（b）所示。

由图1（a）曲线所示的关系可知，当型钢翼腹板厚度为70mm、75mm、80mm、85mm时，型钢进入屈服时，转换梁竖向位移分别为65mm、77mm、71mm、76mm；跨中受拉钢筋进入屈服时，转换梁竖向位移分别为87mm、83mm、79mm、76mm。

由图中曲线得出，当腹板厚度由70mm增大到75mm时，型钢进入屈服时所需的转换梁竖向位移值由65mm提高到77mm，说明转换梁整体的刚度提高了，并且型钢的屈服时间被延后了[4]。与此同时，受拉钢筋进入屈服时，转换梁竖向位移由87mm降低为83mm。由此可以看出，在一定程度上增大腹板厚度，型钢承载力能得到更充分的利用，并且增大腹板厚度有利于转换梁抗剪能力，保证抗震要求中的“强剪弱弯”，更有助于构件的整体受力。

随着腹板厚度不断增大，型钢进入屈服时所需的挠度出现波动的趋势，而受拉钢筋进入屈服的挠度不断减小，跨中型钢与受拉钢筋到达屈服时所需挠度也逐渐接近，可以更好地帮助型钢去承受荷载。与此同时也可以看出，腹板厚度增大到80mm时，型钢进入屈服时的挠度却下降为71mm；当腹板厚度增大到85mm时，型钢进入屈服时的挠度又变为76mm，所以增大腹板厚度并不能有效地增大型钢的承载能力，并且还可能会引起“强梁弱柱”的情况，不利于抗震，另一方面，从施工和经济性出发，也会带来很多额外的负担和难点。

图1 （a）跨中型钢应力与竖向位移关系

图1 （b）跨中底部纵筋应力与竖向位移关系

4 结论

在竖向荷载作用下，一定程度上增大腹板厚度，型钢承载力能得到更充分的利用，保证抗震要求中的“强剪弱弯”。但持续增大会使转换梁刚度过大，不利于“强柱弱梁”，并且不利于加工，提高了造价成本。所以在这种大跨度转换梁的设计时，要经过有限元的分析计算，选出最合适的型钢截面尺寸以及配筋。

本文在做有限元分析时，没有考虑框支柱与转换梁、转换梁参数变化与整体结构的关系，只是做了转换梁的局部分析，并且没有对改变参数后的抗震性能以及整体结构的薄弱层、层间位移等问题进行分析，存在局限性。在日后的研究过程中，会加强大跨度转换梁对整个结构的受力性能分析，并考虑加入一些隔震、减震的研究。