连梁配筋加强对带施工缝的改善作用研究

杨益

摘要：针对剪力墙结构施工中存在的施工缝问题，采用ansys软件，建立了模型，通过改变连梁主钢筋的截面面积，研究了增强连梁主筋配筋对施工缝的改善作用。并对两种方法的计算结果进行了比较研究，通过对比发现，单纯改变这种方式，对施工缝的改善作用不明显。所以，实际施工工作中，应该严格按照图纸要求作业，尽量少留，或者不留施工缝。对施工缝的研究、施工有一定的参考作用。

关键词：剪力墙结构；连梁；施工缝；有限元

往往由于施工工艺的原因，导致本来是一体的结构，不能一次施工，所以就产产生了施工缝。连梁是一种剪力墙结构中常见的一种结构构件，连梁工作中虽然是一种保持高层建筑墙肢稳定性的构件，而地震中往往成为耗能构件，是首先被期望用来耗散地震能量的构件。但是结构施工中，施工缝如果本身由于施工的原因导致刚度太差，应该来说就失去了耗能的功能，所以，研究连梁施工缝也有一定的现实意义。国内对施工缝的研究起步比国外晚，主要是南京工业大学、重庆大学、西安建筑科技大学，河北工业大学等高校及一些施工单位技术人员，对施工缝开展了很多研究。近年来由于地震频发，关于施工缝的研究逐渐变多，也取得了较好的计算结果。但是关于连梁的施工缝研究不多，施工中经常遇到施工缝的留置、加强处理的难题。本文针对实际工程中的这个问题，采用加强连梁的主钢筋的截面面积的方法，采用ansys 软件，对连梁主筋加强对施工缝对结构的连梁的不利影响进行了研究。

1研究现状

1.1 研究方法

高校的研究，目前主要有两种研究方法，一种是实验研究，一种是数值研究，一种是理论研究。数值研究往往由于成本低，计算效果好，能快速的得到比较有益的计算结果，并由此得到结论，同时也在验证理论研究成果方面，有优势。这里，也采用数值计算的方法研究。施工技术研究主要着眼于施工规范、构造措施和施工经验分析，因为实际工程十分复杂，往往使得施工单位手足无措。所以，施工技术人员急需加强对施工缝的理论研究。

1.2 计算软件

Ansys软件是一种国际著名的大型研究软件之一，日益被广泛应用于数值计算中。

1.3混凝土单元

通常有三种方法：整体式模型，分布式模型，以及两者的组合。分布式模型比较常用，这里做一介绍，分布式模型先对混凝土单元划分网格，然后通过连接混凝土单元的节点，用link8 杆单元建立钢筋。根据ansys用户手册，混凝土单元的单元介绍如图1所示。

2算例

2.1建立模型

建立如下图所示的连梁模型，它由两个墙肢，一个连梁组成。在两和墙的交界处设置施工缝。将模型的下部全约束。建立的模型如图2、图3所示。

2.2钢筋和混凝土的应力应变关系曲线

混凝土采用solid65单元，其应力应变关系如图4所示：

钢筋采用link180单元，采用的应力应变关系如图5所示：

2.3计算结果分析

这里改变连梁的主筋的截面面积，具体就是改变主筋的实常数。

2.3.1 001模型的计算结果

图6为001模型的第一主应力分布云图，可知，第一主应力的最大值为8.06MPa，第一主应力的最小值为-24.89MPa。左侧墙肢的右下部的第一主应力最大。

第二主应力的最大值为0.6MPa，第一主应力的最小值为-27.1MPa。也表现为左侧墙肢的右下部的第二主应力最大。施工缝两侧，即墙肢与连梁交接处应力出现突变。（如图7）

可知，米塞斯应力的最大值为20.09MPa，第一主应力的最小值为-0.25MPa。也表现为左侧墙肢的右下部的应力最大。（如图8）

在软件中同一阶段出现的裂缝用同一种颜色表示，彩色点分布的范围表示整个墙肢上、连梁上的裂缝开展情况。由图9可知，在这种情况下裂缝开展的很多，连梁失效。

2.3.2 002模型的计算结果

图10为002模型的第一主应力分布云图，可知，第一主应力的最大值为7.57MPa，第一主应力的最小值为-21.14MPa。

第二主应力的最大值为0.77MPa，第一主应力的最小值为-22.84MPa。也表现为左侧墙肢的右下部的第二主应力最大。施工缝两侧，即墙肢与连梁交接处应力出现突变。（如图11）

可知，米塞斯应力的最大值为20.09MPa，第一主应力的最小值为-0.166MPa。也表現为左侧墙肢的右下部的应力最大。（如图12）

在软件中同一阶段出现的裂缝用同一种颜色表示，彩色点分布的范围表示整个墙肢上、连梁上的裂缝开展情况。

2.3.3 001模型和002模型的对比分析

通过以上计算结果的对比可知，当改变连梁的主筋的界面面积时，两个模型的计算结果的分布规律基本一致。002模型的列出來各项应力的下限都比001模型略有降低，但是所列出的各项应力的上限则基本相同。另外通过对比，尤其是对米塞斯应力的对比结果可知，贯穿施工缝的腰钢筋、主筋还是对结构产生了一定的加强作用，变小为同一根钢腰筋、主筋的连梁部分和墙肢部分的应力有很多很接近的部分，即同一根钢筋使得梁和墙肢混凝土的连接更加紧密，起到了对施工缝两侧的连梁和墙肢加固作用，但是通过改变主筋截面面积的方法，对施工缝的加固作用不明显。

3结论及展望

针对剪力墙结构施工中存在的施工缝问题，采用ansys软件，建立了模型，通过改变连梁主钢筋的截面面积，研究了增强连梁主筋配筋对施工缝的改善作用。并对两种方法的计算结果进行了比较研究，通过对比发现，单纯改变这种方式，对施工缝的改善作用不明显。所以，实际施工工作中，应该严格按照图纸要求作业，尽量少留，或者不留施工缝。对施工缝的研究、施工有一定的参考作用。

参考文献：

[1]考虑施工缝影响的框架结构的有限元分析研究[D]，张卫东，南京，南京工业大学，2006.

[2]施工缝对框架结构抗震性能影响的研究[D]，李洪波；浙江工业大学，2015，

[3]施工缝对框架结构抗震性能的影响[D]，李倩，重庆大学，2011年.

[4]ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用[M]，尚晓江等著，中国水利水电出版社，2006年；

[5]ANSYS用户手册.[M].安世亚太公司，2014.

[6]李鹏举，带施工缝的双肢剪力墙结构连梁的有限元分析研究[D].西安：西安建筑科技大学，2012.