預制裝配式混凝土框架結構受力性能有限元分析

劉文吉

摘 要：在我國建筑領域可持續發展背景下，預制裝配式混凝土框架得到了廣泛應用，即其抗震性能、節點延展性、結構承載力等均可滿足建筑設計要求。但就當前的現狀來看，部分建設單位在預制裝配式混凝土結構搭設過程中仍然存在著受力性能分布不均勻等問題，影響到了建筑施工質量，為此，應注重通過有限元分析方式，對混凝土框架結構受力性能進行探討。文章從工程概況分析入手，并詳細闡述了本次研究對象的各項參數，以期掌握框架結構整體受力情況。

關鍵詞：預制；混凝土框架；受力性能

前言

預制裝配式混凝土框架結構，即由梁與柱、次梁與主梁型鋼連接而成，其中，連接型鋼分為T型等幾種類型，其穿過鋼筋混凝土梁中，與框架橫截面形成連接，穩固框架結構形態。因而，在當前建筑工程項目實施過程中應提高對其的重視程度，且全面了解混凝土框架結構受力性能，就此穩固建筑結構，滿足當前高層建筑領域發展需求。以下就是對混凝土框架結構受力性能等相關問題的詳細闡述，望其能為當前建筑行業的健康穩定發展提供有利參考。

1 工程概況

某項目工程在建設過程中，包含了地下1層、地下2層、地上21層設計，其中，地上建筑為娛樂、餐飲一體的綜合大樓，總建筑面積為2600m2。此外，地下1層、地下2層在施工過程中為了增強框架結構穩定性，采用了預制裝配式混凝土框架結構，且由梁、板、柱預制構件等共同組成整體結構，并通過工廠現場安裝方式，將框架使用年限設定為50年，抗震等級為6度，結構安全等級為2級。因而在此基礎上，為了全面掌控到該建筑框架結構實際受力情況，采取了有限元分析法，即參照1：2算例原則，構建有限元模型，確定模型長寬比為1.65，即長度為4350mm，寬度為2750mm，同時，有限元模型中梁與板間采取機械連接方式，就此滿足受力性能分析條件。

2 參數分析

2.1 混凝土強度

在預制裝配式混凝土框架結構設計過程中，由于連接件個數、混凝土強度、連接件抗彎鋼筋強度等均在一定程度上影響著整體結構受力性能。因而，在實際受力情況分析過程中應注重導入有限元程序ABAQUS研究，然后，設計損傷塑性本構模型、雙折線本構關系模型、庫倫摩擦模型等，分析模型數據，判斷框架結構整體受力情況。例如，在混凝土強度參數分析過程中，為了全面了解混凝土強度對預制裝配式混凝土框架結構受力情況的影響，在AVAQUS有限元程序研究中，將混凝土強度分為三種，其一，為C30；其二，為C40；其三，為C50，然后，參照有限元模型，描繪P-△關系曲線，且全面分析混凝土強度與構件P-△間影響作用。而從有限元分析結果中即可看出，混凝土強度對建筑地下1層、地下2層承載力的影響較小，主要由連接件承擔[1]。但基于混凝土強度提高的基礎上，P-△曲線彈性有所提升，即由于混凝土剪切模量與強度存在著緊密聯系，因而，如若混凝土強度由C30上升為C40，那么其屈服荷載、開裂荷載將隨之增大，且開裂前混凝土將承擔水平力。

從中即可看出，混凝土強度將在一定程度上影響構件延性，為此，在建筑框架結構設計過程中應提高對此問題的重視程度。

2.2 連接件間距、強度

在有限元分析過程中為了保障分析結果的精準性，采用了ABAQUS相互作用功能模塊，同時，注重以命令嵌入方法，表達有限元模型中鋼筋與預埋件錨筋等，而從P-△關系曲線不同連接件個數影響作用可看出，剪力連接件個數的變化將在一定程度上影響到地下建筑1層、地下建筑2層平面內受力，如，極限荷載、屈服荷載、開裂荷載等，且保持著正相關關系，即當剪力連接件個數為1個時，P為650KN，當剪力連接件個數為2個時，P為750KN，當剪力連接件個數為3個時，P為810KN[2]。此外，從連接件位置去掉情況可看出，中間部分影響作用最小，因而，在高層建筑設計過程中可通過對連接件個數和間距的調整，改善地下1層、地下2層受力情況，滿足高質量建筑設計要求。

在連接件抗彎強度對結構P-△曲線影響分析中，為了精準化分析結果，采用了兩種鋼筋，其一，是HRB400，其二，是HRB335，然后，在試件開裂前研究中發現，兩種鋼筋P-△趨向基本一致，即均由混凝土承擔受力。而在試件開裂后期，P-△曲線剛度退化基本重合，即表示在HRB335和HRB400彈性模量相同的基礎上，連接件抗彎強度對結構受力的影響作用較小，為此，在預制裝配式混凝土框架結構設計過程中，應結合連接件抗彎強度影響作用特性，以期達到最佳的工程施工狀態。

2.3 邊梁強度

在邊梁縱筋強度有限元分析過程中，將屈服強度分為HRB335和HRB400兩種，然后，結合有限元程序ABAQUS給出的P-△關系曲線，可看出，在開裂前，由于承載力主要由混凝土承擔，因而，邊梁縱筋強度對樓面受力影響作用較小。而在試件開裂后期，基于鋼筋強度有所提升的基礎上，其極限荷載、屈服荷載均向極限值轉變，最終試件呈現出承載力急速下降的趨勢，即邊梁縱筋強度對受力后期有著明顯作用效果[3]。此外，從邊梁箍筋強度影響作用角度來看，HRB335和HRB400兩種鋼筋在試件受力過程中影響作用基本一致，即P-△曲線基本吻合，同時，從P-△曲線變化情況角度來看，邊梁箍筋對抗剪作用較小，即如若邊梁箍筋處于尚未屈服狀態，那么其強度對受力性能的影響效果將處在不明顯的狀態。

3 結果分析

就本次有限元分析結果來看，預制裝配式混凝土框架結構受力性能表現如下：

第一，在混凝土開裂前期，混凝土將承擔一定的水平力，同時，已經達到極限荷載構件的延性，將受混凝土強度的影響作用，如若，混凝土強度由C30提高至C40，那么構件延性將隨之降低，因而，在建筑框架結構設計過程中，應注重通過對混凝土強度的合理化設計，穩固框架結構受力性能。

第二，當混凝土開裂后，連接件個數將在一定程度上影響預制裝配式混凝土框架結構極限荷載、屈服荷載等變化情況，同時，當連接件個數分別為1個、2個、3個時，極限荷載將隨之提高，即其對應值分別為650KN、750KN、810KN。因而，在建筑設計期間，為了改善建筑受力性能，應注重對連接件個數進行合理化調整，以期滿足建筑施工條件[4]。

第三，在混凝土開裂后，如若連接件抗彎強度提高，那么框架結構中極限荷載、屈服荷載等將隨之提升，且對試件受力階段的影響作用較大，為此，在框架結構設計時，應提高對此問題的重視程度，合理把握連接件抗彎強度設計等，最終進一步提高建筑結構整體穩固性，延長建筑使用壽命，且就此打造安全的建筑空間。

4 結束語

綜上可知，基于當前生活水平不斷提高的背景下，人們對建筑結構受力性能提出了更高的要求，因而在此基礎上，為了規避預制構件缺陷問題影響建筑施工質量，需在預制裝配式混凝土框架結構設計期間，利用有限元分析方法，對參數，即邊梁強度、連接件間距、強度、混凝土強度等受力性能影響作用進行分析，最終結合有限元分析結果，不斷改進建筑設計中預制構件質量，且提高建筑構件極限荷載、屈服荷載等，有效滿足建筑空間受力性能需求。

參考文獻

[1]管宇，周天華，吳函恒.多高層鋼框架-預制混凝土抗側力墻裝配式結構豎向受力性能研究[J].建筑結構，2014，20（13）：64-71+28.

[2]周天華，管宇，吳函恒，等.鋼框架-預制混凝土抗側力墻裝配式結構豎向受力性能研究[J].建筑結構學報，2014，12（09）：27-34.

[3]武川川，朱筱俊，梁書亭，等.新型預制裝配式混凝土樓蓋平面內受力性能非線性有限元分析[J].建筑結構，2013，11（S1）：677-680.

[4]吳函恒，周天華，呂晶.鋼框架-裝配式混凝土抗側力墻板結構受力性能[J].東南大學學報（自然科學版），2016，11（01）：118-125.