閆龍

（楊凌職業(yè)技術學院，陜西 咸陽 712100）

1 工程概況

某礦井項目工程主立井井塔，采用框架—剪力墻的箱框結構。長28m，寬24m，總高度為96.5m。為了加快表層土和部分基巖段的施工進度，立井采用凍結法施工，但這導致原方案中框架柱下無法到達設計深度[1]。為了降低成本，考慮采用底層抽柱的設計方案，從而形成帶轉換梁結構的井塔。

2 模型建立

通過ABAQUS有限元軟件，按照設計比例進行建模，根據(jù)要求的邊界條件進行定義，并進行豎向荷載的布置[2]。轉換梁和框支柱的設計尺寸較大且內部鋼筋排布密集，由于文章著重對轉換梁進行分析，因此對轉換梁以及框支柱依據(jù)實際情況建模，并將上部框架結構和下部轉換結構進行耦合。

3 型鋼混凝土中腹板厚度對轉換梁受力性能的影響

擬用腹板厚度作為變化參數(shù)對轉換梁受力性能進行測試研究，原模型的腹板厚度為70mm，在此基礎上分別將厚度增大到75mm、80mm、85mm，采用靜力逐級加載，荷載的取值采用原模型數(shù)值。由于原工程采用凍土法施工，柱底為剛接，所以在軟件模擬中約束柱底三個方向自由度，在重力方向施加均布荷載，采用多級逐級加載[3]。

經過非線性有限元計算得出不同腹板參數(shù)下，型鋼跨中應力與撓度的曲線關系如圖1（a）所示、底部受拉鋼筋跨中應力與撓度曲線關系如圖1（b）所示。

由圖1（a）曲線所示的關系可知，當型鋼翼腹板厚度為70mm、75mm、80mm、85mm時，型鋼進入屈服時，轉換梁豎向位移分別為65mm、77mm、71mm、76mm；跨中受拉鋼筋進入屈服時，轉換梁豎向位移分別為87mm、83mm、79mm、76mm。

由圖中曲線得出，當腹板厚度由70mm增大到75mm時，型鋼進入屈服時所需的轉換梁豎向位移值由65mm提高到77mm，說明轉換梁整體的剛度提高了，并且型鋼的屈服時間被延后了[4]。與此同時，受拉鋼筋進入屈服時，轉換梁豎向位移由87mm降低為83mm。由此可以看出，在一定程度上增大腹板厚度，型鋼承載力能得到更充分的利用，并且增大腹板厚度有利于轉換梁抗剪能力，保證抗震要求中的“強剪弱彎”，更有助于構件的整體受力。

隨著腹板厚度不斷增大，型鋼進入屈服時所需的撓度出現(xiàn)波動的趨勢，而受拉鋼筋進入屈服的撓度不斷減小，跨中型鋼與受拉鋼筋到達屈服時所需撓度也逐漸接近，可以更好地幫助型鋼去承受荷載。與此同時也可以看出，腹板厚度增大到80mm時，型鋼進入屈服時的撓度卻下降為71mm；當腹板厚度增大到85mm時，型鋼進入屈服時的撓度又變?yōu)?6mm，所以增大腹板厚度并不能有效地增大型鋼的承載能力，并且還可能會引起“強梁弱柱”的情況，不利于抗震，另一方面，從施工和經濟性出發(fā)，也會帶來很多額外的負擔和難點。

圖1 （a）跨中型鋼應力與豎向位移關系

圖1 （b）跨中底部縱筋應力與豎向位移關系

4 結論

在豎向荷載作用下，一定程度上增大腹板厚度，型鋼承載力能得到更充分的利用，保證抗震要求中的“強剪弱彎”。但持續(xù)增大會使轉換梁剛度過大，不利于“強柱弱梁”，并且不利于加工，提高了造價成本。所以在這種大跨度轉換梁的設計時，要經過有限元的分析計算，選出最合適的型鋼截面尺寸以及配筋。

本文在做有限元分析時，沒有考慮框支柱與轉換梁、轉換梁參數(shù)變化與整體結構的關系，只是做了轉換梁的局部分析，并且沒有對改變參數(shù)后的抗震性能以及整體結構的薄弱層、層間位移等問題進行分析，存在局限性。在日后的研究過程中，會加強大跨度轉換梁對整個結構的受力性能分析，并考慮加入一些隔震、減震的研究。