引言
在目前的高層建筑連肢墻體系中，連梁大多采用的是鋼筋混凝土材料。通過連梁，地震力可以在相鄰兩片墻肢間進(jìn)行傳遞，在反復(fù)塑性變形下，為了減小連梁強(qiáng)度、剛度以及耗能能力的退化，對連梁提出了很高的構(gòu)造要求，例如梁中的鋼筋必須在墻肢內(nèi)保證足夠的錨固長度，加密箍筋約束以防止主要受力鋼筋屈曲等。
借鑒了偏心支撐鋼框架的相關(guān)成果，用鋼連梁代替鋼筋混凝土連梁，形成混合連肢墻體系，可以大幅提高耗能梁段的延性和耗能特性?；旌线B肢墻體系優(yōu)點(diǎn)突出，不僅造價低、承載能力高、剛度大，而且延性好、耗能能力強(qiáng)。
早在上世紀(jì)九十年代末，美國和加拿大就在美日合作研究計劃和美國國家科學(xué)基金的資助下，對混合連肢墻進(jìn)行了不同形式的研究^[1]。型鋼邊緣構(gòu)件-鋼連梁焊接型（圖1），是一種值得深入研究和推廣的混合連肢墻連接構(gòu)造形式，具有構(gòu)造簡單剛度、延性和耗能能力好的特點(diǎn)。當(dāng)鋼梁端部按彎曲屈服設(shè)計時，梁端滯回曲線飽滿且強(qiáng)度降低很小^[2]，是一種經(jīng)濟(jì)高效的新型高層抗震結(jié)構(gòu)體系，但目前國內(nèi)外對此類連接節(jié)點(diǎn)研究很少。因此，對這種新型抗震結(jié)構(gòu)體系性能的研究，具有重要的理論和工程意義。本文采用通用有限元軟件ABAQUS，建立彎曲屈服型的鋼連梁混合連肢墻的有限元模型，為該類型組合節(jié)點(diǎn)的受力性能分析提供依據(jù)，對該類型節(jié)點(diǎn)的滯回性能進(jìn)行探討。

1有限元計算模型
1.1單元選取
混合連肢墻一般由鋼連梁、型鋼邊緣構(gòu)件和鋼筋混凝土剪力墻組成，典型形式如圖2所示。其中鋼連梁和型鋼邊緣構(gòu)件部分一般采用H型鋼，在ABAQUS中采用四節(jié)點(diǎn)縮減積分殼單元模擬。混凝土剪力墻采用空間3維縮減積分實(shí)體單元。剪力墻內(nèi)鋼筋采用3維桁架單元。有限元計算模型的邊界條件和典型試驗(yàn)中的基本相同。在剪力墻上下設(shè)置剛性梁，用于施加荷載和約束條件。

1. 2材料本構(gòu)模型
1．2．1 鋼材本構(gòu)模型采用Hajjar^[3]提出的考慮屈服強(qiáng)化的本構(gòu)模型，泊松比取0.3。采用Von Mises屈服準(zhǔn)則、相關(guān)流動準(zhǔn)則以及隨動強(qiáng)化準(zhǔn)則。
1．2．2鋼筋混凝土是一種易碎材料，在拉壓方向上有不同的力學(xué)性質(zhì),本文對其采用ABAQUS中提供的混凝土彈塑性斷裂一損傷模型。其將損傷指標(biāo)引入混凝土模型，對混凝土的剛度矩陣加以折減，模擬混凝土的卸載剛度隨損傷增加而降低的特點(diǎn)。計算過程中，ABAOUS將自動根據(jù)當(dāng)前的壓應(yīng)力和受壓損傷值來計算考慮損傷后的受拉、壓塑性應(yīng)變，進(jìn)而確定有效拉、壓應(yīng)力。
1．2．3樓板內(nèi)鋼筋采用3維桁架單元模擬，泊松比取0.3。
2施加邊界條件及荷載
本文利用有限元分析主要是模擬循環(huán)荷載作用下的彈塑性分析，研究在往復(fù)荷載作用下彎曲型混合連肢墻節(jié)點(diǎn)部位的滯回性能，獲得往復(fù)荷載對此類型節(jié)點(diǎn)性能的影響。
模型底面各自由度均被限制為零，認(rèn)為是固定端；頂面沿X軸方向水平自由度限制為零。通過在模型中剪力墻頂面施加分布面力來模擬重力荷載的持續(xù)作用。連梁端面施加的豎向位移荷載作用在設(shè)置在梁端的剛性墊塊上，使某時刻梁端各節(jié)點(diǎn)上的位移荷載均保持相同。
本文將對按照彎曲設(shè)計的型鋼邊緣構(gòu)件-鋼連梁焊接型的混合連肢墻節(jié)點(diǎn)在循環(huán)荷載下的滯回性能做出研究。考慮墻體軸力和鋼材屈服強(qiáng)度對節(jié)點(diǎn)性能的影響以及各參數(shù)對性能影響的重要性。
分析通過建立4個模型WQ-1，WQ-2，WQ-2和WQ-4進(jìn)行研究，其中WQ-1，WQ-2，WQ-3考慮了軸壓比的因素：WQ-1，WQ-4考慮了鋼材屈服強(qiáng)度的影響，各模型信息見表1。

試件	連梁翼緣	連梁腹板	軸壓比	鋼材
WQ-1	130×16	318×8	0.2	Q345
WQ-2	130×16	318×8	0.4	Q345
WQ-3	130×16	318×8	0.6	Q345
WQ-4	130×16	318×8	0.2	Q235

表1模型信息表
3 節(jié)點(diǎn)滯回性能分析
3. 1結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下得到的力一變形曲線叫做滯回曲線^[4]，在反復(fù)交變荷載作用下每經(jīng)過一個循環(huán)，結(jié)構(gòu)加荷時先吸收能量，卸載時釋放能量，二者是不相等的，二者之差為構(gòu)件在一個循環(huán)內(nèi)的“耗失能量”，即一個滯回環(huán)內(nèi)所包含的面積。因此，滯回環(huán)的形狀和大小直接反映出結(jié)構(gòu)的耗能能力，面積越大，耗能越多。
滯回曲線是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在荷載循環(huán)往復(fù)作用下得到的荷載一變形曲線，滯回曲線能夠反映出節(jié)點(diǎn)剛度退化、強(qiáng)度衰減、耗能能力及延性性能等特性。它是結(jié)構(gòu)抗震性能的綜合體現(xiàn)。
3. 2軸壓比的影響分析
圖3為模型WQ-1在循環(huán)荷載作用下滯回曲線圖。由圖可見所建模型的滯回曲線飽滿穩(wěn)定，是一種較為標(biāo)準(zhǔn)的紡錘形，說明所建節(jié)點(diǎn)模型具有出色的耗能能力，在循環(huán)荷載作用下性能穩(wěn)定，剛度和強(qiáng)度沒有明顯劣化現(xiàn)象。

   圖4是模型WQ-2在軸壓比0.4作用下分析所得的滯回曲線。整個圖形與模型WQ-1的滯回曲線相差不大，也呈現(xiàn)出飽滿的紡錘形。說明模型在軸壓比0.4的情況下，耗能性能幾乎沒有下降，剛度和強(qiáng)度也較穩(wěn)定。

當(dāng)軸壓比加大到0.6時，模型的滯回曲線如圖5所示。經(jīng)分析比較，與模型WQ-1和WQ-2相比，模型WQ-3的滯回曲線仍然飽滿穩(wěn)定，強(qiáng)度、剛度和耗能性能略有下降，但不顯著。

綜上所述，分析比較在不同軸壓比影響下3個模型的滯回曲線，所建模型分別在軸壓比為0.2、0.4和0.6時，得出的滯回曲線形狀飽滿，強(qiáng)度和剛度性能穩(wěn)定。當(dāng)軸壓比較小時，曲線變化不大。當(dāng)軸壓比為0.6時，模型強(qiáng)度和剛度略有降低。因此可以得出，彎曲型混合連肢墻節(jié)點(diǎn)滯回性能優(yōu)良，具有很好的抗震耗能性能。軸壓比對彎曲型混合連肢墻節(jié)點(diǎn)的滯回性能影響很小，這也為該類型節(jié)點(diǎn)在高層建筑結(jié)構(gòu)體系中的應(yīng)用和推廣提供了參考依據(jù)。
3. 2 鋼材強(qiáng)度的影響分析
模型WQ-4的滯回曲線如圖6所示，在循環(huán)荷載作用下性能比較穩(wěn)定，剛度和強(qiáng)度都沒有明顯的劣化現(xiàn)象，整個曲線飽滿穩(wěn)定。與模型WQ-1曲線（圖3）相比，WQ-4的滯回性能變化不明顯，但塑形變形能力稍有提高，說明鋼材強(qiáng)度的提高降低了結(jié)構(gòu)的延性，因此在設(shè)計彎曲型混合連肢墻節(jié)點(diǎn)時不宜采用過高強(qiáng)度的鋼材。

4 結(jié)論
利用ABAQUS建立彎曲型混合連肢墻非線性有限元計算模型，考慮軸壓比和鋼材強(qiáng)度影響進(jìn)行比較。根據(jù)結(jié)果進(jìn)行此類節(jié)點(diǎn)滯回性能分析，得到如下結(jié)論：
1. 按彎曲屈服設(shè)計的混合連肢墻節(jié)點(diǎn)，在反復(fù)荷載下使梁端形成塑性鉸區(qū)，所得滯回曲線飽滿穩(wěn)定，具有較好的強(qiáng)度，延性特征。因此，所建節(jié)點(diǎn)模型具有出色的耗能能力，是一種抗震性能非常優(yōu)良的體系，有著廣闊應(yīng)用前景。
2. 所建彎曲型混合連肢墻節(jié)點(diǎn)模型分別在軸壓比0.2、0.4和0.6作用下，滯回性能變化不顯著，強(qiáng)度，剛度和延性性能穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)明顯劣化現(xiàn)象。因此彎曲型混合連肢墻體系在高層建筑結(jié)構(gòu)中具有研究應(yīng)用價值。
 3． 鋼材強(qiáng)度的變化對彎曲型混合連肢墻節(jié)點(diǎn)的滯回性能影響不明顯，但強(qiáng)度的增加減弱了結(jié)構(gòu)的塑性變形能力，因此結(jié)構(gòu)中鋼材強(qiáng)度不宜過高。
 
參考文獻(xiàn)：
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[4]呂西林，金國芳，吳曉涵.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性有限元理論與應(yīng)用 上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2002:184一185