段圣允 （沈陽(yáng)貴聚建設(shè)工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110020）

1 前言

把鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)組合形成的鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，與純鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、純鋼結(jié)構(gòu)相比具有許多力學(xué)性能上的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常被用作高層建筑、超高層建筑的底部受力構(gòu)件[1]。

專(zhuān)家學(xué)者也從多個(gè)方面對(duì)T形鋼骨混凝土梁的力學(xué)性能進(jìn)行了分析研究。韓建強(qiáng)[2]對(duì)實(shí)腹式鋼骨混凝土T形梁進(jìn)行靜力加載試驗(yàn)，對(duì)其設(shè)計(jì)理論、破壞機(jī)理進(jìn)行了分析；楊松[3]對(duì)T型鋼骨混凝土梁做了大量往復(fù)荷載試驗(yàn)，對(duì)構(gòu)件的延性進(jìn)行了研究；李明偉[4]通過(guò)理論分析，對(duì)T梁的正截面抗彎及斜截面抗剪設(shè)計(jì)公式進(jìn)行了推導(dǎo)。

T形鋼骨混凝土梁現(xiàn)有的研究主要集中在靜力荷載方面而對(duì)其在動(dòng)力荷載下性能的研究存在不足，無(wú)論是在施工階段還是在使用階段沖擊現(xiàn)象又經(jīng)常發(fā)生，所以很有必要對(duì)其沖擊荷載下的動(dòng)力性能開(kāi)展研究。文章借助有限元軟件ABAQUS對(duì)5根2組T形鋼骨混凝土梁進(jìn)行數(shù)值模擬，分析T形鋼骨混凝土梁在沖擊荷載下的動(dòng)力性能。

2 試件設(shè)計(jì)

本文共設(shè)計(jì)了5根2組（一組沖擊速度不同、一組邊界條件不同）T型鋼骨混凝土梁，5根試件的幾何參數(shù)、配筋完全相同。以沖擊速度V=4m/s、兩端固定梁為標(biāo)準(zhǔn)工況，構(gòu)件跨度3000mm，T形梁截面尺寸b×h=150mm×300mm，b′f×h′f=300mm×80mm。腹板下部的縱筋采用強(qiáng)度HRB400、直徑12mm的鋼筋，并放置2根；翼緣縱筋為強(qiáng)度HPB300、直徑10mm的鋼筋，共計(jì)10根；箍筋采用直徑8mm、強(qiáng)度HPB300的鋼筋，箍筋間距150mm。內(nèi)置的T形鋼骨采用3塊厚度6mm、強(qiáng)度Q235的鋼板焊接而成。受力鋼筋保護(hù)層厚度取為15mm；混凝土強(qiáng)度30MPa。沖擊圓柱體重5.5kN，對(duì)T梁跨中部位進(jìn)行沖擊。T形構(gòu)件的橫截面如圖1所示，數(shù)值模型見(jiàn)圖2。

圖1 T形梁橫截面

圖2 數(shù)值模型

3 結(jié)果分析

繪制T形鋼骨混凝土梁在不同參數(shù)下的沖擊力時(shí)程曲線和位移時(shí)程曲線，結(jié)果如下。

圖3 不同速度下的動(dòng)力性能

3.1 沖擊速度的影響

不同沖擊速度下的沖擊力時(shí)程曲線如圖3（a）所示。速度取4m/s、6m/s、8m/s時(shí)的沖擊力時(shí)程曲線形狀相同，根據(jù)形狀特點(diǎn)可大致劃分成峰值段、平臺(tái)段、下降段3個(gè)不同的階段；在峰值段，圓柱體下落與T形鋼骨混凝土梁接觸，沖擊力數(shù)值由零立刻達(dá)到最大，然后又迅速下降；在平臺(tái)段，圓柱體和T形梁緊貼在一起向下運(yùn)動(dòng)，沖擊力維持一個(gè)數(shù)值長(zhǎng)時(shí)間不變；下降段，圓柱體與T形梁逐漸分離，沖擊力下降為零。當(dāng)沖擊速度增大的時(shí)候，沖擊力峰值也不斷增大但上升的幅度不同（462kN、1615kN、2374kN，6m/s、8m/s較4m/s的沖擊力峰值分別增加了249.6%、413.9%）；但沖擊力平臺(tái)值都集中在210kN附近，變化不大，相鄰速度間的持續(xù)時(shí)間分別延長(zhǎng)了2.8ms、4ms。

由圖3（b）不同速度下的T梁跨中位移時(shí)間曲線可以發(fā)現(xiàn)，速度4m/s時(shí)的構(gòu)件在18.1ms時(shí)刻取得極限位移15mm、位移最終殘留在11.4mm，速度6m/s和8m/s比速度4m/s的極限位移出現(xiàn)時(shí)間延長(zhǎng)了15.5%、35.8%，極限位移上升了99.4%、225.7%，殘余位移增大了155.5%、352.7%。

3.2 邊界條件的影響

沖擊速度取為4m/s，邊界約束條件不同時(shí)的沖擊力時(shí)程曲線如圖4（a）所示。T形梁不同邊界條件下的沖擊力峰值變化不大，一直在462kN附近波動(dòng)；一端固定一端簡(jiǎn)支梁、兩端簡(jiǎn)支梁比兩端固定梁的沖擊力平臺(tái)值分別減少了29.6%和49.2%，但平臺(tái)值經(jīng)歷的時(shí)間不斷延長(zhǎng)。

圖4（b）是不同邊界條件下的位移時(shí)程曲線。由圖4（b）可以發(fā)現(xiàn)，兩端固定梁的跨中位移極值、殘余值最??；兩端簡(jiǎn)支梁的跨中位移極值、極值出現(xiàn)時(shí)間、殘余位移值與兩端固定梁相比分別增大了73.9%、53.3%、63.7%；一端固定一端簡(jiǎn)支梁的位移增長(zhǎng)、出現(xiàn)時(shí)間延遲均小于兩端簡(jiǎn)支梁。這大概是因?yàn)闆_擊速度一定時(shí)，沖擊動(dòng)能固定，固定的支座比簡(jiǎn)支的支座在沖擊過(guò)程中要消耗掉更多能量，導(dǎo)致用于跨中變形的能量減少。

4 結(jié)論

針對(duì)施工階段、正常使用階段偶然發(fā)生的沖擊荷載，本文借助有限元仿真軟件ABAQUS對(duì)T形鋼骨混凝土梁在不同沖擊速度速度、不同邊界條件下的動(dòng)力性能進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到如下基本結(jié)論。

①?zèng)_擊速度對(duì)T型鋼骨混凝土梁的動(dòng)力性能影響顯著。隨著沖擊速度的增加，T形鋼骨混凝土梁受到的沖擊力數(shù)值提高，跨中位置變形程度加劇。

②邊界條件對(duì)T形鋼骨混凝土梁的動(dòng)力性能影響明顯。在邊界約束條件逐漸弱化的過(guò)程中，T形鋼骨混凝土梁的沖擊力平臺(tái)值減小，跨中位移增大，但沖擊力峰值保持幾乎不變。

圖4 不同邊界條件下的動(dòng)力性能