[分享]实用干货!转换梁的应力规律

发表于2020-03-30     547人浏览     2人跟帖     总热度:1232  

源:JIE构生活

作者:鲲鹏

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在超限报告中,转换梁(节点)的有限元分析,目前几乎成为一个必选项。这篇文章就来简单谈谈这个问题。


1、转换梁的分类


根据转换梁上部墙体的不同长度与分布位置,转换梁可以分为如下四类:


1)满跨墙体转换梁


2)部分墙体支承在框支柱上的转换梁


3)部分墙体位于框支柱净跨内的转换梁


4)跨中作用柱的转换梁

根据剪力墙在转换梁上开洞情况的不同,又可分为开门洞墙转换梁和开窗洞墙转换梁。


2、转换梁的受力特点


1)满跨墙体转换梁


转换梁上部墙体与转换梁有较强的协同作用,截面中和轴上移,转换梁截面拉力较大,甚至出现全截面受拉。


受力特征为梁跨中大部分偏心受拉,但梁跨中弯矩远小于按框架法计算得到的弯矩值,而梁端弯矩值则比框架法计算的更小,梁端剪力也比框架法的计算值相应减小。

转换梁跨中上部墙体处于明显地受压应力状态,上部墙体作为转换梁受压区的一部分与转换梁一起抵抗外弯矩的作用。


转换梁上部靠近支座附近的墙体有较大的剪应力,这是由于跨中墙体一部分支撑在框支柱上,其余部分支撑在转换梁上,这两部分墙体间的相对位移引起支座附近墙体的剪应力。


这种转换梁,截面受拉区域较大,甚至全截面受拉,因此规范规定,除了按结构分析配置钢筋外,尚应加强梁跨中区段顶面纵筋及两侧面腰筋的最低构造配筋。


2)部分跨墙体支撑在框支柱上的转换梁


在转换梁上部靠近支座附近的墙体内有较大的剪应力,这是由于支座附近的相对位移差引起的。


如果墙体较长,剪力墙与转换梁受力协同,转换梁受力特性与满跨墙体转换梁相近。


                                                  S12剪应力


转换梁承受较大剪力,开洞会对转换梁的受力造成很大影响,尤其是转换梁端部剪力最大的部位开洞的影响更加不利,因此规范规定,洞口边离开支座柱边的距离不宜小于梁截面高度。


框支梁上墙体开有边门洞时,往往形成小墙肢,此小墙肢的应力集中尤为突出,而边门洞部位框支梁应力急剧加大。在水平荷载作用下,上部有边门洞框支梁的弯矩和剪力约为上部无边门洞框支梁的3倍。


因此,除小墙肢应加强外,边门洞墙边部位对应的框支梁的抗剪能力也应加强,箍筋应加密配置。当洞口靠近梁端且剪压比不满足规定时,也可采用梁端加腋提高其抗剪承载力,并加密箍筋。


3)部分跨墙体仅位于框支柱净跨中的转换梁


当部分墙体位于转换梁净跨中时,墙长对转换梁与上部墙体是否共同作用起关键作用。


承受开门洞墙体的转换梁受力特性与多墙肢作用于转换梁特性一致,当单墙肢长度不大于0.25倍的转换梁跨度时,可不考虑转换梁与墙体的共同工作;否则应考虑转换梁与墙体的共同工作。


承受开窗洞的转换梁,当窗台高度大于转换层上层层高的1/3时,一般要考虑转换梁与上部墙体共同工作。当墙肢总长不大于0.25倍转换梁跨度时,可不考虑转换梁与墙体的共同工作;否则应考虑。


4)仅跨中作用柱的转换梁


不论跨度多大,对仅作用柱的转换梁截面内力,按框架计算得到的结果与实际结构考虑上部墙体作用的有限元计算结果较接近。


采用框架法与有限元法计算得到的梁跨中各截面轴向力都很小,而且大多数是压力,转换梁处于显著的受弯作用状态。


托柱转换梁的托柱部位承受较大的剪力和弯矩,规范规定,梁上托柱柱边两侧各1.5倍转换梁高度范围箍筋应加密。


对托柱转换梁,在转换层尚宜设置承担正交方向柱底弯矩的楼面梁或框架梁,避免转换梁承受过大的扭矩作用。


3、转换梁的分析方法


转换梁的计算分析,一般可选用壳元或实体元。如果只是粗略分析,可采用SAP2000(ETABS)或MIDAS中的壳元模型;如果需要精细分析,可采用ABAQUS或ANASYS中的实体模型,且应考虑钢筋或钢骨的作用。


转换梁的材料本构,可采用弹性本构或弹塑性本构,但如果要得到钢筋或钢骨相对真实的应力,建议采用弹塑性本构。多个项目显示,采用弹性本构,计算得到的钢筋或钢骨应力往往偏小。


转换梁或节点的分析模型,可采用整体模型,也可采用局部模型,相对来说,采用局部模型的边界条件对计算结果有一定影响。


4、规范加强措施


针对转换结构,《高规》10.2节给出了很多验算要求和加强措施,需要特别注意的主要有如下三条:


1)《高规》10.2.6条,部分框支剪力墙结构转换层的位置设置在3层及3层以上时,框支柱、落地剪力墙的底部加强部位的抗震等级提高一级(抗震构造措施),对托柱转换结构,可不提高。


2)《高规》10.2.22条,由于在竖向及水平荷载作用下,框支梁上部的墙体在多个部位会出现较大的应力集中,这些部位的剪力墙容易发生破坏,因此规范给出了相应的加强措施。


3)《高规》10.2.24条,部分框支剪力墙结构中,框支转换层楼板是重要的传力构件,不落地剪力墙的剪力需要通过转换层楼板传递到落地剪力墙,规范给出了转换层楼板的剪力验算公式。


参考文献:《转换梁上部墙体受力特点及设计计算方法的研究》,魏链,王森;


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 发表于2020-03-30   |  只看该作者      

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实用干货!转换梁的应力规律

 发表于2020-03-31   |  只看该作者       筑龙币+10

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实用干货!非常形象!值得点赞!学习了!

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