钢梁-混凝土墙单剪板连接的穿筋预埋件性能分析.pdf免费

第九届全国现代结构工程学术研讨会 钢梁一混凝土墙单剪板连接的穿筋预埋件性能分析 周忠发 赵均 邱井林 (北京工业大学建筑工程学院，北京100124) 提要：本文应用ABAQUS非线性有限元软件，对混凝土墙体与钢梁单剪板连接的穿筋预埋件进行了模拟分析，并利用试 验资料对有限元模型进行了验证。经比较分析，有限元计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上，在分别改变锚 筋直径、锚板厚度和锚筋水平间距的情况下，模拟了穿筋预埋件受力全过程，以此研究这些因素对这种预埋件性能 的影响，得到了相应的结论。 关键词：钢．混凝土混合结构，预埋件，有限元分析 一、引言 近年来，外钢框架一混凝土核心筒混合结构在我国高层建筑中的应用逐渐增多。在混合结构中，钢梁一 混凝土墙铰接连接节点常采用单剪板连接的构造形式。在实际结构中，由于高强螺栓的位置及螺栓群的约 束作用等原因，这种连接除了传递剪力外，尚有一定的嵌固弯矩作用，而且在地震作用下由于核心筒和钢 框架之间的变形不协调，还有一定的轴向力作用，这些使得该部位预埋件的受力比较复杂。在这种连接处， 需要在混凝土墙体中埋置预埋件，在设计上要确保预埋件具有足够的承载力、刚度及必要的安全储备，这 对保证这类结构体系的安全至关重要。关于这方面，已有一些研究成果见诸报导【1卜【j】。 本文选择钢梁与混凝土墙单剪板连接时墙体中采用的穿筋预埋件这种目前文献中研究较少的预埋件 形式进行研究，在已有试验的基础上，建立合理的有限元模型，模拟其受力过程，并通过改变锚筋直径、 锚板厚度和锚筋水平间距等参数，分析研究它们对预埋件性能的影响。 二、有限元模拟 (一)试验研究基础 本文以文献【1】中的已有试验为研究基础。该试验通过大尺寸试件研究混凝土墙体与钢梁之间采用单剪 板连接时的穿筋预埋件性能，具体尺寸和构造形式见图1。试件混凝土墙体尺寸(高×宽×厚)为1900mm ×1000minX X 长930ram。混凝土墙体通过焊接在预埋件锚板外部、尺寸为100ram20mm×360mm的一字形钢板与钢 梁连接，模拟单剪板连接。试验时，主要通过对钢梁自由端施加竖向荷载，直至破坏，来研究预埋件的性 能，并根据研究目的，确定不同的加载方式。试验过程及结果详见文献【l】。 (二)有限元分析模型 为了研究锚筋直径等参数对穿筋预埋件性能的影响，本文采用有限元软件ABAQUS建立非线性有限 元模型，对钢梁．混凝土墙穿筋预埋件实施较精确的计算机模拟。分析模型的简图如图2所示。 在ABAQUS软件中拥有大量的单元形式可供选择，去建立不同的模型，在本文中，混凝土墙和型钢、 锚板、单剪板均采用三维实体单元C3D8R，预埋件锚筋采用空间二节点直线梁单元B31，锚板和混凝土之 间用SPRING2进行接触模拟，并定义弹簧的非线性；构造钢筋采用面单元SPM3D8R。 Mises屈服准则，且均采用三折线强化模型，型钢采用线弹性模型，弹性模 锚固钢板和钢筋采用Von 工业建筑2009增刊 第九届全国现代结构工程学术研讨会 量为2l×lOaN／ram2，材料的主要输^数据见表l和表2。 哥产自●期 图1文献[1]试件示意图 图2有限元分析模型图 表1钢材材蚪性质 弹性模量IOW耐 特征应变值 铡样强度N／面 应力—应变关系曲线 材料 ● 锚板 ≯／7一 锚筋 j 表2混凝土主要参敷 立方体抗压强度 弹性筷量 拍橙＆ 单轴抗压强度 单轴抗托强