關(guān)于鋼筋混凝土分段式連梁抗震性能研究及應(yīng)用

    一、研究背景

    連梁是耗能構(gòu)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(dān)樓面梁荷載，可能會(huì)引發(fā)中、大震下樓蓋垮塌。因此《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)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(jiàn)的處理方式是將樓面梁布置成斜梁，避開(kāi)連梁。但樓面梁布置成斜梁會(huì)造成材料損耗大、施工不便、不利于房間分割和不利于設(shè)備布置等問(wèn)題。結(jié)合一實(shí)際工程分別設(shè)計(jì)直梁方案和斜梁方案，進(jìn)行方案綜合比選，發(fā)現(xiàn)直梁方案更具優(yōu)勢(shì)。

    （2）直梁

    樓面梁設(shè)為直梁并支撐在連梁上時(shí)，連梁內(nèi)需要設(shè)大吊筋或鋼骨。當(dāng)樓面梁不處于框筒結(jié)構(gòu)連梁的中部或連梁跨高比較大時(shí)，大吊筋不易布置。而連梁內(nèi)設(shè)置鋼骨時(shí)，剪力墻的邊緣構(gòu)件通常需要設(shè)置鋼骨暗柱，鋼骨節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)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(shí)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(dān)樓面梁傳來(lái)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(gòu)件設(shè)置單面吊筋，在承重段與剪力墻之間設(shè)置箍筋加強(qiáng)段。

    二、分段式連梁抗震性能分析

    1、擬靜力試驗(yàn)

    為考察鋼筋混凝土分段式連梁在設(shè)計(jì)地震（包括小震、中震及大震）作用下的破壞過(guò)程，設(shè)計(jì)聯(lián)肢墻試件進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，研究分段式連梁抗震性能。

    （1）試件制作與安裝 

    （2）低周往復(fù)加載

    根據(jù)《建筑抗震試驗(yàn)規(guī)程》，水平向加載按位移加載控制，加載等級(jí)參考試件1的屈服位移△，在每個(gè)等級(jí)循環(huán)3次。當(dāng)水平加載位移達(dá)到3△時(shí)，結(jié)構(gòu)相當(dāng)于承受極罕遇地震作用。

    試驗(yàn)過(guò)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(shí)現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

    三、有限元數(shù)值模擬

    1、有限元分析模型

    根據(jù)試驗(yàn)建立精細(xì)化有限元模型，采用ABAQUS內(nèi)嵌的塑性損傷本構(gòu)，進(jìn)行分段式連梁損傷破壞全過(guò)程分析。剪力墻、樓板和分段式連梁均采用實(shí)體單元模擬，鋼筋采用桁架單元模擬并嵌入到實(shí)體單元中。

    2、有限元計(jì)算結(jié)果

    通過(guò)精細(xì)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(guò)程，并且通過(guò)混凝土損傷區(qū)域和鋼筋屈服區(qū)域來(lái)考察其受力性能以及破壞機(jī)理。

    3、試驗(yàn)與有限元對(duì)比

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    數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明：采用基于ABAQUS精細(xì)化有限元分析方法，可以準(zhǔn)確描述鋼筋混凝土分段式連梁的損傷破壞全過(guò)程。采用精細(xì)化有限元分析不僅可以直接得到構(gòu)件的滯回性能，而且還能根據(jù)構(gòu)件的受壓損傷區(qū)域判斷其破壞形態(tài)，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

    四、分段式連梁工程應(yīng)用

    鋼筋混凝土分段式連梁已在兩個(gè)實(shí)際工程中的到了應(yīng)用，如下圖所示。

    五、結(jié)束語(yǔ)

    本研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(guò)擬靜力試驗(yàn)研究其抗震性能，利用精細(xì)化有限元數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)和分析結(jié)果表明：鋼筋混凝土分段式連梁能夠達(dá)到預(yù)定的性能目標(biāo)。目前，鋼筋混凝土分段式連梁已在實(shí)際工程得到應(yīng)用。

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    原標(biāo)題：【建筑黑科技】鋼筋混凝土分段式連梁抗震性能研究及應(yīng)用