某型鋼混凝土轉換梁節點非線性有限元分析

何立才

（深圳市華陽國際工程設計有限公司，廣東 深圳 518038）

1 概述

某超限高層由于建筑功能需要，外圍框架柱設置轉換，見圖1所示。為進一步揭示轉換部位的受力狀態，對轉換梁節點進行非線性有限元分析。

圖1 轉換部位平面圖

2 有限元模型

柱混凝土強度等級為C60，轉換梁混凝土強度等級為C50；轉換梁縱向鋼筋采用HRB500，其余鋼筋均為HRB400；柱、梁中型鋼均為Q345GJB。

混凝土采用實體單元（C3D8R）模擬；鋼筋采用桁架單元（T3D2）模擬，嵌入（embed）混凝土中；型鋼采用殼單元（S4R）模擬，嵌入（embed）混凝土中。計算模型如圖2所示。

混凝土材料模型采用彈塑性損傷模型，采用《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）附錄C 給出的混凝土受壓、受拉本構模型[1]。

鋼筋、鋼材采用雙線性隨動硬化模型，強屈比設定為1.25，極限應力所對應的極限塑性應變為0.025。

注：梁上、下翼緣部位殼單元坐標軸同整體坐標軸；上柱翼緣、梁腹板、下柱腹板部位殼單元1 方向同整體X 軸，2 方向同整體Z 軸；上柱腹板、加勁肋、下柱翼緣部位殼單元1 方向同整體Y 軸，2 方向同整體Z 軸。

圖2 計算模型

3 計算結果

以中震彈性下的最不利組合為例，各部位計算結果如圖3所示。

圖3 計算結果

結果表明，混凝土在轉換梁斜壓區域有非常輕微的受壓損傷；混凝土在轉換梁的受拉區域均出現受拉損傷，在斜壓區域亦出現一定的受拉損傷。

轉換梁上下縱向鋼筋在上柱的兩端壓應力最大，拉應力在混凝土受拉損傷部位增大明顯。鋼筋應力均小于鋼筋抗拉（壓）強度設計值435（410）Mpa。

轉換梁中箍筋最大拉應力為126.3 Mpa 小于鋼筋強度設計值360Mpa。

型鋼mise 應力最大為224.4Mpa，小于鋼材強度設計值325Mpa。

轉換梁可滿足中震彈性的性能目標。

4 結語

通過對轉換梁節點非線性有限元分析，可以很清晰地得到各部位的受力狀態，為設計提供依據；同時可復核構件是否滿足預期的抗震性能目標。