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钢骨混凝土连梁抗震性能有限元分析

发布于:2025-06-16 21:08
有限元分析

      由于高层建筑中墙体开洞以及剪力墙结构抗侧刚度大等问题,联肢剪力墙结构更加符合现代高层建筑的要求。针对传统连梁为钢筋混凝土连梁,主要存在的问题包括: 1) GB 5001-2010《建筑抗震设计规范》中对钢筋混凝土连梁剪压比限值要求较高,故给出了连梁的最小截面,这会与建筑中墙体开洞要求相矛盾。2)钢筋混凝土连梁截面较小时,也会造成联肢剪力墙整体性较差、抗侧刚度较小和承载力较低等问题。3)钢筋混凝土连梁截面较大时,会造成墙肢先于连梁破坏,从而使联肢剪力墙变形能力降低。
      为解决上述问题,国内外学者对剪力墙及连梁进行了深入研究,并提出了多种配筋方案的钢筋混凝土连梁。龚炳年等、方鄂华通过试验,研究了名义剪压比、剪箍比、跨高比等因素对低周反复荷载作用下连梁的延性、耗能和破坏形态的影响。傅剑平等的研究表明,按JGJ 3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》设计的跨高比为1.0的普通配筋连梁不能保证其在地震作用下具有良好的延性和耗能性,并提出了改进配筋方案。Paulay等提出沿连梁对角线布置斜向柱式钢筋骨架的小跨高比连梁配筋方案。Tegos等提出菱形配筋形式,并进行了理论及试验研究!但是目前由于施工技术等原因,钢筋混凝土连梁联肢剪力墙变形能力和抗侧刚度之间的矛盾尚未得到较好解决。
      钢骨混凝土连梁是在普通钢筋混凝土连梁中嵌入钢骨,在YB 9082-2006《钢骨混凝土结构技术规程》中,对钢骨混凝土连梁联肢剪力墙截面剪压比限值要求较为宽松。
      钢骨混凝土连梁在实际工程中已得到使用,诸如:上海北外滩白玉兰广场、天津周大福滨海中心以及天津富力恒富大厦等超高层工程项目。但是目前对于钢骨混凝土连梁的应用,还需进一步完善理论研究和具体设计的指导。
      新建项目北外滩白玉兰广场位于上海市浦东区,结构高度为300m,共68层,采用框架-筒体结构,该结构中1~20层范围内大量使用钢骨混凝土连梁,为此,本文以白玉兰广场结构中的钢骨和钢筋混凝土连梁为工程背景,通过对3个钢骨混凝土连梁联肢剪力墙试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、关键部位应变分析、耗能能力等试验和有限元分析结果的对比和研究,对钢骨混凝土连梁联肢剪力墙的抗震性能进行分析,并对其工程应用提出建议。
      根据工程结构的实际尺寸和配筋情况,试验中设计3个缩尺比均为1/6的钢骨混凝土连梁联肢剪力墙试件,分别为钢筋混凝土连梁联肢剪力墙试件RCW、适钢骨混凝土连梁联肢剪力墙试件SRCW和超钢骨混凝土连梁联肢剪力墙试件 SSRCW。3个试件的配筋及几何尺寸均相同,区别在于连梁中钢骨含钢率不同。混凝土强度等级为G70,钢筋及型钢材料分别采用HRB400及Q345,材料性能由试验实测得到。混凝土试块为边长150mm的立方块体。
      试验在同济大学静力实验室完成,通过螺栓将试件底座和实验室地槽连接以固定试件。通过螺杆连接试件顶梁和作动器,并通过反力墙和作动器对试件施加水平低周反复作用荷载。通过龙门架和滚轮组装的钢架支撑试件,以防止发生平面外失稳;同时通过龙门架、钢梁和千斤顶,对剪力墙试件进行竖向加载。
      在试件顶面施加竖向荷载,试件的设计轴压比约为0.2,由此得到竖向压力为980kN。水平加载首先采用荷载控制,每级加载循环1次,待试件滞回曲线出现拐点后转为位移控制,取屈服位移的1/4为加载增量,峰值荷载后以屈服位移的1/2或1倍为增量,直至试件荷载下降到峰值荷载的85%以下,加载结束。


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