钢-混凝土组合连梁抗震性能研究.pdf

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1、钢一混凝土组合连梁抗震性能研究沈杰1，葛飞2(1．西安建筑科技大学，陕西西安710055；2．陕西省建筑设计研究院有限责任公司，陕西西安710003)摘要：在小跨高比情况下，通过在连梁中嵌入抗剪钢板可有效约束混凝土受剪斜裂缝在跨中的开展，使得混凝土因斜向压溃导致的斜压剪切破坏推迟出现，使小跨高比连梁在斜向450应力集中区形成有效的传力机构，承载能力、延性及耗能明显提高。本文运用ABAQUS有限元软件，针对配有内包钢板的钢-混凝土组合连梁结构进行有限元模拟分析，研究内包钢板或型钢在不同开孔形式、开孔率及孔长宽比条件下对组合连梁整体受力性能的影响。关键词：小跨高比；内包钢板

2、；组合连梁；延性；耗能中图分类号：TU375文献标识码：B文章编号：1672—4011(2012)04—0056—020前言在水平地震作用下，剪力墙结构最理想的破坏模式是由连梁首先弯曲破坏，随着塑性铰的变形而吸收地震能量，同时降低结构刚度，减小地震力，随着荷载的加大，结构因墙肢底部出现塑性铰而丧失承载能力。通过塑性铰的变形来体现结构的整体延性。而对于墙肢底部，即使增加配筋，延性的提高也十分有限，因此提高连梁的延性是剪力墙设计的关键。在连梁跨高比较大的情况下，连梁以弯曲破坏为主，通过合理的设计，采用普通配筋方式就可保证连梁的延性，而对于跨高比较小的深梁，连梁以剪切变形为主

3、，为了保证连梁的延性采用普通配筋方式效果并不理想，鉴于钢结构普遍具有断面小、自重轻及延性好的特点，将这两种结构形式进行优势组合，形成一种组合连梁，来达到小跨高比连梁对延性的要求。本文主要通过模拟钢．混凝土组合连梁模型，着重研究内包钢板在不同开孔形式、开孑L率及不同孔长宽比下对组合连梁整体受力性能的影响。l模型的建立分析模型的几何尺寸见图I，试件跨高比为1．0，墙肢和连梁的混凝土强度等级均为C35。连梁的截面尺寸为b×h=200×400(mm)，净跨L。=400mm，钢板尺寸为600×200(mm)，厚8mm，有限元模型见图2。分别进行单向和往复循环两种形式的模拟加载，往

4、复加载方案见表1。在ABAQUS中混凝土和钢筋用分离式建模，混凝土采用考虑损伤因子的塑性损伤本构模型。在塑性损伤模型中弹性刚度的退化可以通过受拉损伤变量d，和受压损伤变量d，分别来表示。这两个损伤变量均是塑性应变、温度和场变量的函数，即：d。=d。(；■pZ)；o≤d，≤1d。=d。(；：。，p。f)；0≤d，≤1钢筋采用线性强化弹塑性模型，并取钢材屈服后的弹性模量E：为其初始弹性模量E。的1％。内包钢板选用软钢Q235B，该材料在单向拉伸时有明显的屈服平台，因此考虑采用带有水平段和应变强化段的三折线模型，模型参数参见了之前哈尔滨工业大学材料力学试验室针对该种材料所进行

5、的拉伸试验，具体如图3所示。钢材的弹性模量取为E=1．95X105MPa，泊松比为0．3038。l气I、100LLI,1001<卜竺+j生斗j斗图1分析模型几何尺寸图2有限元模型图3钢板三折线本构关系表1循环加载方案15～6．57．O～8．O幅值(mm)l间隔0．5间隔1．0循环周数1l2各系列参数软钢耗能钢板的开孑L方式包括单排孔、双排孔和三角形开孑L，开孑L率是指开孑L面积与钢板工作区面积的比值，通过调整这些参数，共设计出6个系列不同形式的内包钢板，各种型号见表2。主翌錾盔三墨堡童业垒丝墨羔缝垫丝塑堡!盘篓i旦表2钢梁试件尺寸表孔编命名开孔率厶％h型号(％)(ram

6、)(Him)(mm)1H10A9．615512050810条2H20A9．21551205016103H10B9．5167．5957510形开孑L240mmX8mm，4HIOC9．610单列47L均匀分布——a1bldla2b2d，二二(mm)角形5H10D9．4150755012525106H20D21．115062．5112．55087．537．510(a)双排孔钢连粱(b)单排孔钢连梁(c)三角形孔钢连粱图43模拟分析结果(d)钢连梁侧面图不同开孔铜梁示意图通过有限元模拟得到了上述6个系列组合连梁结构在单向加载下的荷载一位移曲线和在变幅值往复循环加载下的骨架曲线，

7、分别见图5～6所示。一一H10D冀婪蕊⋯·H10A卜{i—●pHlocZ磁辛蔑邂：S。L⋯一··H20D—*一H20A～∥l8—6—5_4—3—2—10l2345678位移(mm图6各系列组合连粱骨架曲表AS4系列试件的延性系┃屈服位┃屈服荷┃极限位┃极限荷延试(mm(kN(mm(kN系AS1．33416．5712．7H10O．827lO．04511．9H101．13111．5210．0H101．02512．4312．0ASH10O．92910．549H201．22310．3397．6H201．3249．9427．3由于该组合结构的荷载一