大跨度型钢混凝土转换梁中腹板厚度对受力性能的影响

闫龙

【摘 要】论文以某结构框架—剪力墙井塔结构为模型，对该结构标高18.2m处进行抽柱处理，并将转换大梁设计为型钢混凝土转换梁。利用有限元软件对大跨度型钢混凝土转换梁受力性能进行了竖向荷载下的受力分析，发现在改变型钢腹板厚度时，不断增大型钢腹板厚度并不能持续增强转换梁的承载能力。

【Abstract】The paper takes a structural frame-shear wall well tower structure as the model， and draws the column at 18.2m elevation， and designs the converted girders into steel-concrete conversion beams. The finite element software is used to analyze the mechanical behavior of long-span steel-concrete conversion beam under vertical load. It is found that increasing the thickness of the steel web can not continuously enhance the bearing capacity of the conversion beam when changing the thickness of the steel web.

【关键词】型钢混凝土;腹板厚度;转换梁;受力性能

【Keywords】steel reinforced concrete; web thickness; conversion beam; mechanical properties

【中图分类号】TU398+.5                                         【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）07-0189-02

1 工程概况

某矿井项目工程主立井井塔，采用框架—剪力墙的箱框结构。长28m，宽24m，总高度为96.5m。为了加快表层土和部分基岩段的施工进度，立井采用冻结法施工， 但这导致原方案中框架柱下无法到达设计深度[1]。为了降低成本，考虑采用底层抽柱的设计方案，从而形成带转换梁结构的井塔。

2 模型建立

通过ABAQUS有限元软件，按照设计比例进行建模，根据要求的边界条件进行定义，并进行竖向荷载的布置[2]。转换梁和框支柱的设计尺寸较大且内部钢筋排布密集，由于文章着重对转换梁进行分析，因此对转换梁以及框支柱依据实际情况建模，并将上部框架结构和下部转换结构进行耦合。

3 型钢混凝土中腹板厚度对转换梁受力性能的影响

拟用腹板厚度作为变化参数对转换梁受力性能进行测试研究，原模型的腹板厚度为70mm，在此基础上分别将厚度增大到75mm、80mm、85mm，采用静力逐级加载，荷载的取值采用原模型数值。由于原工程采用冻土法施工，柱底为刚接，所以在软件模拟中约束柱底三个方向自由度，在重力方向施加均布荷载，采用多级逐级加载[3]。

经过非线性有限元计算得出不同腹板参数下，型钢跨中应力与挠度的曲线关系如图1（a）所示、底部受拉钢筋跨中应力与挠度曲线关系如图1（b）所示。

由图1（a）曲线所示的关系可知，当型钢翼腹板厚度为70mm、75mm、80mm、85mm时，型钢进入屈服时，转换梁竖向位移分别为65mm、77mm、71mm、76mm;跨中受拉钢筋进入屈服时，转换梁竖向位移分别为87mm、83mm、79mm、76mm。

由图中曲线得出，当腹板厚度由70mm增大到75mm时，型钢进入屈服时所需的转换梁竖向位移值由65mm提高到77mm，说明转换梁整体的刚度提高了，并且型钢的屈服时间被延后了[4]。与此同时，受拉钢筋进入屈服时，转换梁竖向位移由87mm降低为83mm。由此可以看出，在一定程度上增大腹板厚度，型钢承载力能得到更充分的利用，并且增大腹板厚度有利于转换梁抗剪能力，保证抗震要求中的“强剪弱弯”，更有助于构件的整体受力。

随着腹板厚度不断增大，型钢进入屈服时所需的挠度出现波动的趋势，而受拉钢筋进入屈服的挠度不断减小，跨中型钢与受拉钢筋到达屈服时所需挠度也逐渐接近，可以更好地帮助型钢去承受荷载。与此同时也可以看出，腹板厚度增大到80mm时，型鋼进入屈服时的挠度却下降为71mm;当腹板厚度增大到85mm时，型钢进入屈服时的挠度又变为76mm，所以增大腹板厚度并不能有效地增大型钢的承载能力，并且还可能会引起“强梁弱柱”的情况，不利于抗震，另一方面，从施工和经济性出发，也会带来很多额外的负担和难点。

4 结论

在竖向荷载作用下，一定程度上增大腹板厚度，型钢承载力能得到更充分的利用，保证抗震要求中的“强剪弱弯”。但持续增大会使转换梁刚度过大，不利于“强柱弱梁”，并且不利于加工，提高了造价成本。所以在这种大跨度转换梁的设计时，要经过有限元的分析计算，选出最合适的型钢截面尺寸以及配筋。

本文在做有限元分析时，没有考虑框支柱与转换梁、转换梁参数变化与整体结构的关系，只是做了转换梁的局部分析，并且没有对改变参数后的抗震性能以及整体结构的薄弱层、层间位移等问题进行分析，存在局限性。在日后的研究过程中，会加强大跨度转换梁对整个结构的受力性能分析，并考虑加入一些隔震、减震的研究。

【参考文献】

【1】黄道生，李斌，吴衍智，等.矿山特种结构[M].北京：煤炭工业出版社，1992.

【2】沈蒲生.高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

【3】唐新荣.高层建筑转换层结构设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

【4】娄宇，魏琏，丁大钧.梁式转换层设计中的一些问题探讨[J].四川建筑科学研究，1996（1）：7-11.