關于鋼筋混凝土分段式連梁抗震性能研究及應用

    一、研究背景

    連梁是耗能構件，在中、大震下率先屈服耗能，且往往是剪切破壞。讓連梁承擔樓面梁荷載，可能會引發(fā)中、大震下樓蓋垮塌。因此《建筑抗震設計規(guī)范》和《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》均規(guī)定：樓面梁不宜擱置在連梁上。

    1、常規(guī)解決方案

    （1）斜梁

    常見的處理方式是將樓面梁布置成斜梁，避開連梁。但樓面梁布置成斜梁會造成材料損耗大、施工不便、不利于房間分割和不利于設備布置等問題。結合一實際工程分別設計直梁方案和斜梁方案，進行方案綜合比選，發(fā)現(xiàn)直梁方案更具優(yōu)勢。

    （2）直梁

    樓面梁設為直梁并支撐在連梁上時，連梁內需要設大吊筋或鋼骨。當樓面梁不處于框筒結構連梁的中部或連梁跨高比較大時，大吊筋不易布置。而連梁內設置鋼骨時，剪力墻的邊緣構件通常需要設置鋼骨暗柱，鋼骨節(jié)點構造復雜，用鋼量較大。

    2、新型解決方案

    （1）分段式連梁

    為滿足連梁支撐樓面梁的實際需求，提出一種新型的鋼筋混凝土分段式連梁，兼具承重和耗能雙重性能。分段式連梁由耗能段和承重段組成，耗能段在中、大震作用下屈服耗能；承重段在中震作用下不屈服，大震作用下仍能承擔樓面梁傳來的豎向荷載。

    鋼筋混凝土分段式連梁承重段比耗能段高，樓面梁支撐在承重段，并在承重段與樓面梁交接處按懸臂構件設置單面吊筋，在承重段與剪力墻之間設置箍筋加強段。

    二、分段式連梁抗震性能分析

    1、擬靜力試驗

    為考察鋼筋混凝土分段式連梁在設計地震（包括小震、中震及大震）作用下的破壞過程，設計聯(lián)肢墻試件進行擬靜力試驗，研究分段式連梁抗震性能。

    （1）試件制作與安裝 

    （2）低周往復加載

    根據(jù)《建筑抗震試驗規(guī)程》，水平向加載按位移加載控制，加載等級參考試件1的屈服位移△，在每個等級循環(huán)3次。當水平加載位移達到3△時，結構相當于承受極罕遇地震作用。

    試驗過程中發(fā)現(xiàn)連梁耗能段先破壞，發(fā)生屈服耗能，承重段基本完好，仍能夠支撐樓面梁，實現(xiàn)了預期設計目標。

    三、有限元數(shù)值模擬

    1、有限元分析模型

    根據(jù)試驗建立精細化有限元模型，采用ABAQUS內嵌的塑性損傷本構，進行分段式連梁損傷破壞全過程分析。剪力墻、樓板和分段式連梁均采用實體單元模擬，鋼筋采用桁架單元模擬并嵌入到實體單元中。

    2、有限元計算結果

    通過精細化有限元分析，可以得到鋼筋混凝土分段式連梁損傷破壞全過程，并且通過混凝土損傷區(qū)域和鋼筋屈服區(qū)域來考察其受力性能以及破壞機理。

    3、試驗與有限元對比

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    數(shù)值計算結果與試驗結果對比表明：采用基于ABAQUS精細化有限元分析方法，可以準確描述鋼筋混凝土分段式連梁的損傷破壞全過程。采用精細化有限元分析不僅可以直接得到構件的滯回性能，而且還能根據(jù)構件的受壓損傷區(qū)域判斷其破壞形態(tài)，為工程設計提供依據(jù)。

    四、分段式連梁工程應用

    鋼筋混凝土分段式連梁已在兩個實際工程中的到了應用，如下圖所示。

    五、結束語

    本研發(fā)團隊提出了一種鋼筋混凝土分段式連梁，該連梁能夠支撐樓面梁，兼具承重和耗能雙重性能。通過擬靜力試驗研究其抗震性能，利用精細化有限元數(shù)值模擬技術對試驗進行了驗證。試驗和分析結果表明：鋼筋混凝土分段式連梁能夠達到預定的性能目標。目前，鋼筋混凝土分段式連梁已在實際工程得到應用。

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    原標題：【建筑黑科技】鋼筋混凝土分段式連梁抗震性能研究及應用