预制装配式混凝土框架结构受力性能有限元分析

刘文吉

摘 要：在我国建筑领域可持续发展背景下，预制装配式混凝土框架得到了广泛应用，即其抗震性能、节点延展性、结构承载力等均可满足建筑设计要求。但就当前的现状来看，部分建设单位在预制装配式混凝土结构搭设过程中仍然存在着受力性能分布不均匀等问题，影响到了建筑施工质量，为此，应注重通过有限元分析方式，对混凝土框架结构受力性能进行探讨。文章从工程概况分析入手，并详细阐述了本次研究对象的各项参数，以期掌握框架结构整体受力情况。

关键词：预制；混凝土框架；受力性能

前言

预制装配式混凝土框架结构，即由梁与柱、次梁与主梁型钢连接而成，其中，连接型钢分为T型等几种类型，其穿过钢筋混凝土梁中，与框架横截面形成连接，稳固框架结构形态。因而，在当前建筑工程项目实施过程中应提高对其的重视程度，且全面了解混凝土框架结构受力性能，就此稳固建筑结构，满足当前高层建筑领域发展需求。以下就是对混凝土框架结构受力性能等相关问题的详细阐述，望其能为当前建筑行业的健康稳定发展提供有利参考。

1 工程概况

某项目工程在建设过程中，包含了地下1层、地下2层、地上21层设计，其中，地上建筑为娱乐、餐饮一体的综合大楼，总建筑面积为2600m2。此外，地下1层、地下2层在施工过程中为了增强框架结构稳定性，采用了预制装配式混凝土框架结构，且由梁、板、柱预制构件等共同组成整体结构，并通过工厂现场安装方式，将框架使用年限设定为50年，抗震等级为6度，结构安全等级为2级。因而在此基础上，为了全面掌控到该建筑框架结构实际受力情况，采取了有限元分析法，即参照1：2算例原则，构建有限元模型，确定模型长宽比为1.65，即长度为4350mm，宽度为2750mm，同时，有限元模型中梁与板间采取机械连接方式，就此满足受力性能分析条件。

2 参数分析

2.1 混凝土强度

在预制装配式混凝土框架结构设计过程中，由于连接件个数、混凝土强度、连接件抗弯钢筋强度等均在一定程度上影响着整体结构受力性能。因而，在实际受力情况分析过程中应注重导入有限元程序ABAQUS研究，然后，设计损伤塑性本构模型、双折线本构关系模型、库伦摩擦模型等，分析模型数据，判断框架结构整体受力情况。例如，在混凝土强度参数分析过程中，为了全面了解混凝土强度对预制装配式混凝土框架结构受力情况的影响，在AVAQUS有限元程序研究中，将混凝土强度分为三种，其一，为C30；其二，为C40；其三，为C50，然后，参照有限元模型，描绘P-△关系曲线，且全面分析混凝土强度与构件P-△间影响作用。而从有限元分析结果中即可看出，混凝土强度对建筑地下1层、地下2层承载力的影响较小，主要由连接件承担[1]。但基于混凝土强度提高的基础上，P-△曲线弹性有所提升，即由于混凝土剪切模量与强度存在着紧密联系，因而，如若混凝土强度由C30上升为C40，那么其屈服荷载、开裂荷载将随之增大，且开裂前混凝土将承担水平力。

从中即可看出，混凝土强度将在一定程度上影响构件延性，为此，在建筑框架结构设计过程中应提高对此问题的重视程度。

2.2 连接件间距、强度

在有限元分析过程中为了保障分析结果的精准性，采用了ABAQUS相互作用功能模块，同时，注重以命令嵌入方法，表达有限元模型中钢筋与预埋件锚筋等，而从P-△关系曲线不同连接件个数影响作用可看出，剪力连接件个数的变化将在一定程度上影响到地下建筑1层、地下建筑2层平面内受力，如，极限荷载、屈服荷载、开裂荷载等，且保持着正相关关系，即当剪力连接件个数为1个时，P为650KN，当剪力连接件个数为2个时，P为750KN，当剪力连接件个数为3个时，P为810KN[2]。此外，从连接件位置去掉情况可看出，中间部分影响作用最小，因而，在高层建筑设计过程中可通过对连接件个数和间距的调整，改善地下1层、地下2层受力情况，满足高质量建筑设计要求。

在连接件抗弯强度对结构P-△曲线影响分析中，为了精准化分析结果，采用了两种钢筋，其一，是HRB400，其二，是HRB335，然后，在试件开裂前研究中发现，两种钢筋P-△趋向基本一致，即均由混凝土承担受力。而在试件开裂后期，P-△曲线刚度退化基本重合，即表示在HRB335和HRB400弹性模量相同的基础上，连接件抗弯强度对结构受力的影响作用较小，为此，在预制装配式混凝土框架结构设计过程中，应结合连接件抗弯强度影响作用特性，以期达到最佳的工程施工状态。

2.3 边梁强度

在边梁纵筋强度有限元分析过程中，将屈服强度分为HRB335和HRB400两种，然后，结合有限元程序ABAQUS给出的P-△关系曲线，可看出，在开裂前，由于承载力主要由混凝土承担，因而，边梁纵筋强度对楼面受力影响作用较小。而在试件开裂后期，基于钢筋强度有所提升的基础上，其极限荷载、屈服荷载均向极限值转变，最终试件呈现出承载力急速下降的趋势，即边梁纵筋强度对受力后期有着明显作用效果[3]。此外，从边梁箍筋强度影响作用角度来看，HRB335和HRB400两种钢筋在试件受力过程中影响作用基本一致，即P-△曲线基本吻合，同时，从P-△曲线变化情况角度来看，边梁箍筋对抗剪作用较小，即如若边梁箍筋处于尚未屈服状态，那么其强度对受力性能的影响效果将处在不明显的状态。

3 结果分析

就本次有限元分析结果来看，预制装配式混凝土框架结构受力性能表现如下：

第一，在混凝土开裂前期，混凝土将承担一定的水平力，同时，已经达到极限荷载构件的延性，将受混凝土强度的影响作用，如若，混凝土强度由C30提高至C40，那么构件延性将随之降低，因而，在建筑框架结构设计过程中，应注重通过对混凝土强度的合理化设计，稳固框架结构受力性能。

第二，当混凝土开裂后，连接件个数将在一定程度上影响预制装配式混凝土框架结构极限荷载、屈服荷载等变化情况，同时，当连接件个数分别为1个、2个、3个时，极限荷载将随之提高，即其对应值分别为650KN、750KN、810KN。因而，在建筑设计期间，为了改善建筑受力性能，应注重对连接件个数进行合理化调整，以期满足建筑施工条件[4]。

第三，在混凝土开裂后，如若连接件抗弯强度提高，那么框架结构中极限荷载、屈服荷载等将随之提升，且对试件受力阶段的影响作用较大，为此，在框架结构设计时，应提高对此问题的重视程度，合理把握连接件抗弯强度设计等，最终进一步提高建筑结构整体稳固性，延长建筑使用寿命，且就此打造安全的建筑空间。

4 结束语

综上可知，基于当前生活水平不断提高的背景下，人们对建筑结构受力性能提出了更高的要求，因而在此基础上，为了规避预制构件缺陷问题影响建筑施工质量，需在预制装配式混凝土框架结构设计期间，利用有限元分析方法，对参数，即边梁强度、连接件间距、强度、混凝土强度等受力性能影响作用进行分析，最终结合有限元分析结果，不断改进建筑设计中预制构件质量，且提高建筑构件极限荷载、屈服荷载等，有效满足建筑空间受力性能需求。

参考文献

[1]管宇，周天华，吴函恒.多高层钢框架-预制混凝土抗侧力墙装配式结构竖向受力性能研究[J].建筑结构，2014，20（13）：64-71+28.

[2]周天华，管宇，吴函恒，等.钢框架-预制混凝土抗侧力墙装配式结构竖向受力性能研究[J].建筑结构学报，2014，12（09）：27-34.

[3]武川川，朱筱俊，梁书亭，等.新型预制装配式混凝土楼盖平面内受力性能非线性有限元分析[J].建筑结构，2013，11（S1）：677-680.

[4]吴函恒，周天华，吕晶.钢框架-装配式混凝土抗侧力墙板结构受力性能[J].东南大学学报（自然科学版），2016，11（01）：118-125.