預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)受力性能有限元分析

劉文吉

摘 要：在我國(guó)建筑領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展背景下，預(yù)制裝配式混凝土框架得到了廣泛應(yīng)用，即其抗震性能、節(jié)點(diǎn)延展性、結(jié)構(gòu)承載力等均可滿足建筑設(shè)計(jì)要求。但就當(dāng)前的現(xiàn)狀來(lái)看，部分建設(shè)單位在預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)搭設(shè)過(guò)程中仍然存在著受力性能分布不均勻等問(wèn)題，影響到了建筑施工質(zhì)量，為此，應(yīng)注重通過(guò)有限元分析方式，對(duì)混凝土框架結(jié)構(gòu)受力性能進(jìn)行探討。文章從工程概況分析入手，并詳細(xì)闡述了本次研究對(duì)象的各項(xiàng)參數(shù)，以期掌握框架結(jié)構(gòu)整體受力情況。

關(guān)鍵詞：預(yù)制；混凝土框架；受力性能

前言

預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)，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(guò)鋼筋混凝土梁中，與框架橫截面形成連接，穩(wěn)固框架結(jié)構(gòu)形態(tài)。因而，在當(dāng)前建筑工程項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中應(yīng)提高對(duì)其的重視程度，且全面了解混凝土框架結(jié)構(gòu)受力性能，就此穩(wěn)固建筑結(jié)構(gòu)，滿足當(dāng)前高層建筑領(lǐng)域發(fā)展需求。以下就是對(duì)混凝土框架結(jié)構(gòu)受力性能等相關(guān)問(wèn)題的詳細(xì)闡述，望其能為當(dāng)前建筑行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展提供有利參考。

1 工程概況

某項(xiàng)目工程在建設(shè)過(guò)程中，包含了地下1層、地下2層、地上21層設(shè)計(jì)，其中，地上建筑為娛樂(lè)、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(guò)程中為了增強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，采用了預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)，且由梁、板、柱預(yù)制構(gòu)件等共同組成整體結(jié)構(gòu)，并通過(guò)工廠現(xiàn)場(chǎng)安裝方式，將框架使用年限設(shè)定為50年，抗震等級(jí)為6度，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為2級(jí)。因而在此基礎(chǔ)上，為了全面掌控到該建筑框架結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況，采取了有限元分析法，即參照1：2算例原則，構(gòu)建有限元模型，確定模型長(zhǎng)寬比為1.65，即長(zhǎng)度為4350mm，寬度為2750mm，同時(shí)，有限元模型中梁與板間采取機(jī)械連接方式，就此滿足受力性能分析條件。

2 參數(shù)分析

2.1 混凝土強(qiáng)度

在預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于連接件個(gè)數(shù)、混凝土強(qiáng)度、連接件抗彎鋼筋強(qiáng)度等均在一定程度上影響著整體結(jié)構(gòu)受力性能。因而，在實(shí)際受力情況分析過(guò)程中應(yīng)注重導(dǎo)入有限元程序ABAQUS研究，然后，設(shè)計(jì)損傷塑性本構(gòu)模型、雙折線本構(gòu)關(guān)系模型、庫(kù)倫摩擦模型等，分析模型數(shù)據(jù)，判斷框架結(jié)構(gòu)整體受力情況。例如，在混凝土強(qiáng)度參數(shù)分析過(guò)程中，為了全面了解混凝土強(qiáng)度對(duì)預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)受力情況的影響，在AVAQUS有限元程序研究中，將混凝土強(qiáng)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(guān)系曲線，且全面分析混凝土強(qiáng)度與構(gòu)件P-△間影響作用。而從有限元分析結(jié)果中即可看出，混凝土強(qiáng)度對(duì)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(dān)[1]。但基于混凝土強(qiáng)度提高的基礎(chǔ)上，P-△曲線彈性有所提升，即由于混凝土剪切模量與強(qiáng)度存在著緊密聯(lián)系，因而，如若混凝土強(qiáng)度由C30上升為C40，那么其屈服荷載、開(kāi)裂荷載將隨之增大，且開(kāi)裂前混凝土將承擔(dān)水平力。

從中即可看出，混凝土強(qiáng)度將在一定程度上影響構(gòu)件延性，為此，在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)提高對(duì)此問(wèn)題的重視程度。

2.2 連接件間距、強(qiáng)度

在有限元分析過(guò)程中為了保障分析結(jié)果的精準(zhǔn)性，采用了ABAQUS相互作用功能模塊，同時(shí)，注重以命令嵌入方法，表達(dá)有限元模型中鋼筋與預(yù)埋件錨筋等，而從P-△關(guān)系曲線不同連接件個(gè)數(shù)影響作用可看出，剪力連接件個(gè)數(shù)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(nèi)受力，如，極限荷載、屈服荷載、開(kāi)裂荷載等，且保持著正相關(guān)關(guān)系，即當(dāng)剪力連接件個(gè)數(shù)為1個(gè)時(shí)，P為650KN，當(dāng)剪力連接件個(gè)數(shù)為2個(gè)時(shí)，P為750KN，當(dāng)剪力連接件個(gè)數(shù)為3個(gè)時(shí)，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(shè)計(jì)過(guò)程中可通過(guò)對(duì)連接件個(gè)數(shù)和間距的調(diào)整，改善地下1層、地下2層受力情況，滿足高質(zhì)量建筑設(shè)計(jì)要求。

在連接件抗彎強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)P-△曲線影響分析中，為了精準(zhǔn)化分析結(jié)果，采用了兩種鋼筋，其一，是HRB400，其二，是HRB335，然后，在試件開(kāi)裂前研究中發(fā)現(xiàn)，兩種鋼筋P-△趨向基本一致，即均由混凝土承擔(dān)受力。而在試件開(kāi)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(chǔ)上，連接件抗彎強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響作用較小，為此，在預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合連接件抗彎強(qiáng)度影響作用特性，以期達(dá)到最佳的工程施工狀態(tài)。

2.3 邊梁強(qiáng)度

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

3 結(jié)果分析

就本次有限元分析結(jié)果來(lái)看，預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)受力性能表現(xiàn)如下：

第一，在混凝土開(kāi)裂前期，混凝土將承擔(dān)一定的水平力，同時(shí)，已經(jīng)達(dá)到極限荷載構(gòu)件的延性，將受混凝土強(qiáng)度的影響作用，如若，混凝土強(qiáng)度由C30提高至C40，那么構(gòu)件延性將隨之降低，因而，在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)注重通過(guò)對(duì)混凝土強(qiáng)度的合理化設(shè)計(jì)，穩(wěn)固框架結(jié)構(gòu)受力性能。

第二，當(dāng)混凝土開(kāi)裂后，連接件個(gè)數(shù)將在一定程度上影響預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)極限荷載、屈服荷載等變化情況，同時(shí)，當(dāng)連接件個(gè)數(shù)分別為1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)時(shí)，極限荷載將隨之提高，即其對(duì)應(yīng)值分別為650KN、750KN、810KN。因而，在建筑設(shè)計(jì)期間，為了改善建筑受力性能，應(yīng)注重對(duì)連接件個(gè)數(shù)進(jìn)行合理化調(diào)整，以期滿足建筑施工條件[4]。

第三，在混凝土開(kāi)裂后，如若連接件抗彎強(qiáng)度提高，那么框架結(jié)構(gòu)中極限荷載、屈服荷載等將隨之提升，且對(duì)試件受力階段的影響作用較大，為此，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)提高對(duì)此問(wèn)題的重視程度，合理把握連接件抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)等，最終進(jìn)一步提高建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)固性，延長(zhǎng)建筑使用壽命，且就此打造安全的建筑空間。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上可知，基于當(dāng)前生活水平不斷提高的背景下，人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)受力性能提出了更高的要求，因而在此基礎(chǔ)上，為了規(guī)避預(yù)制構(gòu)件缺陷問(wèn)題影響建筑施工質(zhì)量，需在預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，利用有限元分析方法，對(duì)參數(shù)，即邊梁強(qiáng)度、連接件間距、強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度等受力性能影響作用進(jìn)行分析，最終結(jié)合有限元分析結(jié)果，不斷改進(jìn)建筑設(shè)計(jì)中預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量，且提高建筑構(gòu)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(xiàn)

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

[2]周天華，管宇，吳函恒，等.鋼框架-預(yù)制混凝土抗側(cè)力墻裝配式結(jié)構(gòu)豎向受力性能研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2014，12（09）：27-34.

[3]武川川，朱筱俊，梁書亭，等.新型預(yù)制裝配式混凝土樓蓋平面內(nèi)受力性能非線性有限元分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，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(cè)力墻板結(jié)構(gòu)受力性能[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，11（01）：118-125.