雙連梁聯(lián)肢框架剪力墻的抗震性能分析

王中強(qiáng)，陳竹豪

（長(zhǎng)沙理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410114）

0 引言

雙連梁是在深連梁的中間部分開(kāi)一條水平縫隙，以形成新的上、下兩個(gè)連梁為基礎(chǔ)的新型連梁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可降低單連梁的剛度，減少地震能量的吸收，以防止或減少其在地震中的損傷與破壞。大量震害表明，跨高比較大的雙連梁抗震性能明顯優(yōu)于跨高比較小的深連梁[1]。 李杰[2]對(duì)鋼筋混凝土短肢單連梁與雙連梁進(jìn)行了結(jié)構(gòu)非線性對(duì)比分析，結(jié)果表明，單連梁的受拉損傷區(qū)域大于雙連梁。 谷倩[3]對(duì)雙連梁剪力墻與深連梁剪力墻的抗震性能進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)雙連梁的位移延性與耗能均高于單連梁。

本文運(yùn)用ABAQUS 進(jìn)行了模態(tài)與動(dòng)力時(shí)程分析，在兩個(gè)開(kāi)洞中心線相對(duì)位置不變、連梁間開(kāi)縫大小不同的條件下，加入了框架結(jié)構(gòu)，分析兩種結(jié)構(gòu)在地震波下的受力情況、層間位移情況，討論不同的開(kāi)縫大小對(duì)其結(jié)構(gòu)的影響。

1 有限元模型建立

本文在李奎明[4]、丁永軍[5]模型的基礎(chǔ)上，建立了兩個(gè)一榀8 層框架剪力墻結(jié)構(gòu)，按照1/3 縮尺進(jìn)行設(shè)計(jì)，框架剪力墻墻體尺寸如圖1 所示，其中結(jié)構(gòu)1 是縫槽為100mm 寬的雙連梁，結(jié)構(gòu)2 是縫槽為200mm 寬的雙連梁。 兩模型縱筋均為HRB400，箍筋均為HRB335。 底座縱筋與箍筋為C22、B6，柱縱筋與箍筋為C8、B4， 梁縱筋與箍筋為C8、B4， 剪力墻縱筋與箍筋為C10、B4。 梁截面180mm×120mm，柱截面200mm×200mm，底座截面400mm×450mm，剪力墻厚120mm，結(jié)構(gòu)配筋局部圖見(jiàn)圖2。

圖1 模型尺寸

圖2 結(jié)構(gòu)局部配筋示意圖

1.1 材料模型

模型的混凝土損傷塑性模型參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 混凝土材料系數(shù)

1.2 框架-雙連梁聯(lián)肢剪力墻模型建立

建模中，混凝土采用實(shí)體單元，鋼筋采用桁架單元，框架與剪力墻采用合并的方式作為一個(gè)整體。 因?yàn)榈鬃皇茄芯康闹黧w， 所以底座與上部結(jié)構(gòu)采用綁定的方式連接， 鋼筋與混凝土采用內(nèi)置的方式連接，以此來(lái)確保其在地震分析時(shí)的整體性。 混凝土采用C3D8R 劃分網(wǎng)格，鋼筋采用T3D2 劃分網(wǎng)格，剪力墻部分為確保其網(wǎng)格的規(guī)則性， 用基準(zhǔn)面對(duì)其進(jìn)行分區(qū)。 在地震加載中，把地震幅值作用于底座底部的X 方向上。 在載荷方面只加載了重力荷載與X 方向上的地震波。

1.3 地震波

在進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析時(shí)，應(yīng)選擇適宜的實(shí)測(cè)地震波與人工模擬波，實(shí)測(cè)地震波數(shù)量不得少于所選地震波的2/3。本文對(duì)兩個(gè)模型施加一條人工波、兩條天然地震波，通過(guò)ABAQUS 隱式算法來(lái)模擬地震情況。此次天然地震波的加速度峰值分別為1.0545m/s2、1.0912 m/s2，人工波的加速度峰值為2.2141m/s2。 地震波波形如圖3 所示。

表3 Coyote波結(jié)構(gòu)層間剪力最大值（N）

圖3 地震波波形

2 有限元分析

2.1 受力分析

以所選出的三條地震波對(duì)兩個(gè)模型進(jìn)行時(shí)程分析，兩模型最大層間剪力及基底剪力見(jiàn)表2—表4。 通過(guò)表2 可以看出，三種地震波下結(jié)構(gòu)2 所受層間剪力、基底剪力均小于結(jié)構(gòu)1 所受層間剪力、基底剪力。 在Mammoth 波中，結(jié)構(gòu)2 相較于結(jié)構(gòu)1 基底剪力減小了233N，減震率為0.23%；在Coyote 波中，結(jié)構(gòu)2 相較于結(jié)構(gòu)1 基底剪力減小了925N，減震率為0.9%；在人工波中，結(jié)構(gòu)2相較于結(jié)構(gòu)1 基底剪力減小了35210N，減震率為18.7%。

表2 Mammoth波結(jié)構(gòu)層間剪力最大值（N）

表4 人工波結(jié)構(gòu)層間剪力最大值（N）

2.2 層間位移角

圖4 為雙連梁聯(lián)肢框架剪力墻模型在三條地震波下的最大層間位移角，均小于最大層間位移角1/550，曲線走勢(shì)大體相似。結(jié)構(gòu)2 的層間最大位移角在結(jié)構(gòu)中上部區(qū)域有明顯減小，這是由于在結(jié)構(gòu)2 中，剪力墻雙連梁結(jié)構(gòu)的連梁深度更大，與結(jié)構(gòu)1 相比，其整體剛度較大，表明在地震作用下，剪力墻中雙連梁開(kāi)洞間隙較大的模型對(duì)結(jié)構(gòu)的層間位移有更好的控制。

圖4 雙連梁聯(lián)肢框架剪力墻模型在三條地震波下的最大層間位移角

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)雙連梁聯(lián)肢框架剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，得到以下結(jié)論：

（1） 200mm 寬的雙連梁框架剪力墻， 因其整體連梁構(gòu)件比100mm 寬的雙連梁框架剪力墻略大，所以，其結(jié)構(gòu)的整體剛度大于100mm 寬的雙連梁框架剪力墻，從而，結(jié)構(gòu)2 的整體承載能力得到增強(qiáng)。 在相同地震波下， 結(jié)構(gòu)2 所受的層間剪力小于結(jié)構(gòu)1所受層間剪力，且在最大地震加速度增大的情況下，結(jié)構(gòu)2 比結(jié)構(gòu)1 的減震率高；

（2） 從兩個(gè)結(jié)構(gòu)的層間位移角可知，結(jié)構(gòu)的中部層間位移角最大，在最大地震加速度越大的情況下，相對(duì)于結(jié)構(gòu)1，結(jié)構(gòu)2 的抗側(cè)移能力越強(qiáng)。

綜上所述，在兩個(gè)開(kāi)洞中心線相對(duì)位置不變的情況下，連梁間開(kāi)縫寬度200mm 的雙連梁聯(lián)肢框架剪力墻比開(kāi)縫寬度100mm的雙連梁聯(lián)肢框架剪力墻結(jié)構(gòu)更為合理，有更好的受力性能與剛度，抗側(cè)移能力也更強(qiáng)，更有利于抗震，但雙連梁的具體開(kāi)縫寬度的合理范圍還有待進(jìn)一步研究。