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，可能會引發中、大震下樓蓋垮塌。因此《建筑抗震設計規范》和《高層建筑混凝土結構技術規程》均規定：樓面梁不宜擱置在連梁上。

    1、常規解決方案

    （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，發現直梁方案更具優勢。

    （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《建筑抗震試驗規程》，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。

    試驗過程中發現連梁耗能段先破壞，發生屈服耗能，承重段基本完好，仍能夠支撐樓面梁，實現了預期設計目標。

    三、有限元數值模擬

    1、有限元分析模型

    根據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域和鋼筋屈服區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，而且還能根據構件的受壓損傷區域判斷其破壞形態，為工程設計提供依據。

    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