双连梁联肢框架剪力墙的抗震性能分析

王中强，陈竹豪

（长沙理工大学 土木工程学院，湖南长沙 410114）

0 引言

双连梁是在深连梁的中间部分开一条水平缝隙，以形成新的上、下两个连梁为基础的新型连梁结构，该结构可降低单连梁的刚度，减少地震能量的吸收，以防止或减少其在地震中的损伤与破坏。大量震害表明，跨高比较大的双连梁抗震性能明显优于跨高比较小的深连梁[1]。 李杰[2]对钢筋混凝土短肢单连梁与双连梁进行了结构非线性对比分析，结果表明，单连梁的受拉损伤区域大于双连梁。 谷倩[3]对双连梁剪力墙与深连梁剪力墙的抗震性能进行了分析，发现双连梁的位移延性与耗能均高于单连梁。

本文运用ABAQUS 进行了模态与动力时程分析，在两个开洞中心线相对位置不变、连梁间开缝大小不同的条件下，加入了框架结构，分析两种结构在地震波下的受力情况、层间位移情况，讨论不同的开缝大小对其结构的影响。

1 有限元模型建立

本文在李奎明[4]、丁永军[5]模型的基础上，建立了两个一榀8 层框架剪力墙结构，按照1/3 缩尺进行设计，框架剪力墙墙体尺寸如图1 所示，其中结构1 是缝槽为100mm 宽的双连梁，结构2 是缝槽为200mm 宽的双连梁。 两模型纵筋均为HRB400，箍筋均为HRB335。 底座纵筋与箍筋为C22、B6，柱纵筋与箍筋为C8、B4， 梁纵筋与箍筋为C8、B4， 剪力墙纵筋与箍筋为C10、B4。 梁截面180mm×120mm，柱截面200mm×200mm，底座截面400mm×450mm，剪力墙厚120mm，结构配筋局部图见图2。

图1 模型尺寸

图2 结构局部配筋示意图

1.1 材料模型

模型的混凝土损伤塑性模型参数见表1。

表1 混凝土材料系数

1.2 框架-双连梁联肢剪力墙模型建立

建模中，混凝土采用实体单元，钢筋采用桁架单元，框架与剪力墙采用合并的方式作为一个整体。 因为底座不是研究的主体， 所以底座与上部结构采用绑定的方式连接， 钢筋与混凝土采用内置的方式连接，以此来确保其在地震分析时的整体性。 混凝土采用C3D8R 划分网格，钢筋采用T3D2 划分网格，剪力墙部分为确保其网格的规则性， 用基准面对其进行分区。 在地震加载中，把地震幅值作用于底座底部的X 方向上。 在载荷方面只加载了重力荷载与X 方向上的地震波。

1.3 地震波

在进行动力时程分析时，应选择适宜的实测地震波与人工模拟波，实测地震波数量不得少于所选地震波的2/3。本文对两个模型施加一条人工波、两条天然地震波，通过ABAQUS 隐式算法来模拟地震情况。此次天然地震波的加速度峰值分别为1.0545m/s2、1.0912 m/s2，人工波的加速度峰值为2.2141m/s2。 地震波波形如图3 所示。

表3 Coyote波结构层间剪力最大值（N）

图3 地震波波形

2 有限元分析

2.1 受力分析

以所选出的三条地震波对两个模型进行时程分析，两模型最大层间剪力及基底剪力见表2—表4。 通过表2 可以看出，三种地震波下结构2 所受层间剪力、基底剪力均小于结构1 所受层间剪力、基底剪力。 在Mammoth 波中，结构2 相较于结构1 基底剪力减小了233N，减震率为0.23%；在Coyote 波中，结构2 相较于结构1 基底剪力减小了925N，减震率为0.9%；在人工波中，结构2相较于结构1 基底剪力减小了35210N，减震率为18.7%。

表2 Mammoth波结构层间剪力最大值（N）

表4 人工波结构层间剪力最大值（N）

2.2 层间位移角

图4 为双连梁联肢框架剪力墙模型在三条地震波下的最大层间位移角，均小于最大层间位移角1/550，曲线走势大体相似。结构2 的层间最大位移角在结构中上部区域有明显减小，这是由于在结构2 中，剪力墙双连梁结构的连梁深度更大，与结构1 相比，其整体刚度较大，表明在地震作用下，剪力墙中双连梁开洞间隙较大的模型对结构的层间位移有更好的控制。

图4 双连梁联肢框架剪力墙模型在三条地震波下的最大层间位移角

3 结语

对双连梁联肢框架剪力墙结构进行有限元分析，得到以下结论：

（1） 200mm 宽的双连梁框架剪力墙， 因其整体连梁构件比100mm 宽的双连梁框架剪力墙略大，所以，其结构的整体刚度大于100mm 宽的双连梁框架剪力墙，从而，结构2 的整体承载能力得到增强。 在相同地震波下， 结构2 所受的层间剪力小于结构1所受层间剪力，且在最大地震加速度增大的情况下，结构2 比结构1 的减震率高；

（2） 从两个结构的层间位移角可知，结构的中部层间位移角最大，在最大地震加速度越大的情况下，相对于结构1，结构2 的抗侧移能力越强。

综上所述，在两个开洞中心线相对位置不变的情况下，连梁间开缝宽度200mm 的双连梁联肢框架剪力墙比开缝宽度100mm的双连梁联肢框架剪力墙结构更为合理，有更好的受力性能与刚度，抗侧移能力也更强，更有利于抗震，但双连梁的具体开缝宽度的合理范围还有待进一步研究。