水平荷载下大跨度型钢混凝土转换梁的受力性能分析

闫龙

（杨凌职业技术学院 陕西咸阳 712100）

1 工程概况

某矿井项目工程主立井井塔，采用框架-剪力墙的箱框结构。长28m，宽24m，总高度为96.5m。为了加快表层土和部分基岩段的施工进度，所以立井采用冻结法施工，但这导致原方案中框架柱下无法到达设计深度。为了降低成本，考虑采用底层抽柱的设计方案，从而形成带转换梁结构的井塔。

2 模型建立

通过ABAQUS有限元软件，依次进行模型创建、荷载定义以及网格划分建立有限元模型。由于转换梁以及框支柱的内部钢筋排布很密以及截面尺寸较大，所以对型钢混凝土转换梁以及型钢混凝土柱分别进行实体建模，将其组合为一个整体。

3 模型在水平荷载下的有限元分析

3.1 转换梁混凝土应力受力分析

在水平单调荷载作用下，混凝土跨中底部的应力值为3.04MPa，通过混凝土应力分布图可以观察出，裂缝最开始出现的部位是跨中以及梁端位置处。随着跨中挠度以及应力的不断增大，产生斜裂缝，并且随着荷载的增大，不断向梁两端顶部发展，其中斜裂缝部位的拉应力为2.55MPa。转换梁顶面跨中部位压应力最大，并有向着梁端方向递减的趋势。

图1 混凝土应力分布

3.2 型钢混凝土受力钢筋受力分析

在水平单调荷载作用下，从图2可知，受力钢筋的最大拉应力出现在跨中底部，并且有向梁两端减少的趋势，在靠近梁端的位置时，逐渐转变为压应力，且有逐渐增大的趋势，较大的压应力168MPa出现在远离水平荷载一侧。最大压应力出现在顶部纵筋处，其值为375MPa，同样地向着梁端方向逐渐减小，在距离梁端3m处应力逐渐由受压变为受拉，且拉应力逐渐增大。但最大拉应力出现在远离水平荷载作用一侧的梁端顶面处，其值为500MPa，此时，另一侧梁端顶部拉应力为209MPa。

3.3 型钢混凝土中型钢的受力分析

水平单调荷载作用下，从图3中可知，底部型钢翼缘在跨中拉应力最大，并沿着梁端方向减小，但是靠近梁端部分的型钢分布的应力值很小，最大的应力值只有98.3MPa，在远离荷载作用的一侧的应力值更大，而型钢的剪力分布规律，也遵循这一规律。

4 结论及展望

与落地框架结构相比，尤其是与转换梁直接相连一层的连接处，是必须受到重视的部位。同时，远离水平荷载一侧，内力增长较大。

图2 纵向受力钢筋应力分布图

图3 型钢等效应力图

本文只取了一榀框架做了受力分析，并没有对整体结构进行研究，缺乏直接应用的能力。且没有考虑到型钢与混凝土之间真实的粘接情况，可能会对设计造成一些较大的偏差。这些都是需要在日后的工作和研究中需要深入讨论和解决的问题。