引言
在目前的高层建筑连肢墙体系中，连梁大多采用的是钢筋混凝土材料。通过连梁，地震力可以在相邻两片墙肢间进行传递，在反复塑性变形下，为了减小连梁强度、刚度以及耗能能力的退化，对连梁提出了很高的构造要求，例如梁中的钢筋必须在墙肢内保证足够的锚固长度，加密箍筋约束以防止主要受力钢筋屈曲等。
借鉴了偏心支撑钢框架的相关成果，用钢连梁代替钢筋混凝土连梁，形成混合连肢墙体系，可以大幅提高耗能梁段的延性和耗能特性。混合连肢墙体系优点突出，不仅造价低、承载能力高、刚度大，而且延性好、耗能能力强。
早在上世纪九十年代末，美国和加拿大就在美日合作研究计划和美国国家科学基金的资助下，对混合连肢墙进行了不同形式的研究
[1]。型钢边缘构件
-钢连梁焊接型（图1），是一种值得深入研究和推广的混合连肢墙连接构造形式，具有构造简单刚度、延性和耗能能力好的特点。当钢梁端部按弯曲屈服设计时，梁端滞回曲线饱满且强度降低很小
[2]，是一种经济高效的新型高层抗震结构体系，但目前国内外对此类连接节点研究很少。因此，对这种新型抗震结构体系性能的研究，具有重要的理论和工程意义。本文采用通用有限元软件ABAQUS，建立弯曲屈服型的钢连梁混合连肢墙的有限元模型，为该类型组合节点的受力性能分析提供依据，对该类型节点的滞回性能进行探讨。
1有限元计算模型
1.1单元选取
混合连肢墙一般由钢连梁、型钢边缘构件和钢筋混凝土剪力墙组成，典型形式如图2所示。其中钢连梁和型钢边缘构件部分一般采用H型钢，在ABAQUS中采用四节点缩减积分壳单元模拟。混凝土剪力墙采用空间3维缩减积分实体单元。剪力墙内钢筋采用3维桁架单元。有限元计算模型的边界条件和典型试验中的基本相同。在剪力墙上下设置刚性梁，用于施加荷载和约束条件。
1. 2材料本构模型
1．2．1 钢材本构模型采用Hajjar
[3]提出的考虑屈服强化的本构模型，泊松比取0.3。采用Von Mises屈服准则、相关流动准则以及随动强化准则。
1．2．2钢筋混凝土是一种易碎材料，在拉压方向上有不同的力学性质,本文对其采用ABAQUS中提供的混凝土弹塑性断裂一损伤模型。其将损伤指标引入混凝土模型，对混凝土的刚度矩阵加以折减，模拟混凝土的卸载刚度随损伤增加而降低的特点。计算过程中，ABAOUS将自动根据当前的压应力和受压损伤值来计算考虑损伤后的受拉、压塑性应变，进而确定有效拉、压应力。
1．2．3楼板内钢筋采用3维桁架单元模拟，泊松比取0.3。
2施加边界条件及荷载
本文利用有限元分析主要是模拟循环荷载作用下的弹塑性分析，研究在往复荷载作用下弯曲型混合连肢墙节点部位的滞回性能，获得往复荷载对此类型节点性能的影响。
模型底面各自由度均被限制为零，认为是固定端；顶面沿X轴方向水平自由度限制为零。通过在模型中剪力墙顶面施加分布面力来模拟重力荷载的持续作用。连梁端面施加的竖向位移荷载作用在设置在梁端的刚性垫块上，使某时刻梁端各节点上的位移荷载均保持相同。
本文将对按照弯曲设计的型钢边缘构件
-钢连梁焊接型的混合连肢墙节点在循环荷载下的滞回性能做出研究。考虑墙体轴力和钢材屈服强度对节点性能的影响以及各参数对性能影响的重要性。
分析通过建立4个模型WQ-1，WQ-2，WQ-2和WQ-4进行研究，其中WQ-1，WQ-2，WQ-3考虑了轴压比的因素：WQ-1，WQ-4考虑了钢材屈服强度的影响，各模型信息见表1。
|
试件 |
连梁翼缘 |
连梁腹板 |
轴压比 |
钢材 |
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WQ-1 |
130×16 |
318×8 |
0.2 |
Q345 |
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WQ-2 |
130×16 |
318×8 |
0.4 |
Q345 |
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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 节点滞回性能分析
3. 1结构或构件在反复荷载作用下得到的力一变形曲线叫做滞回曲线
[4]，在反复交变荷载作用下每经过一个循环，结构加荷时先吸收能量，卸载时释放能量，二者是不相等的，二者之差为构件在一个循环内的“耗失能量”，即一个滞回环内所包含的面积。因此，滞回环的形状和大小直接反映出结构的耗能能力，面积越大，耗能越多。
滞回曲线是结构或构件在荷载循环往复作用下得到的荷载一变形曲线，滞回曲线能够反映出节点刚度退化、强度衰减、耗能能力及延性性能等特性。它是结构抗震性能的综合体现。
3. 2轴压比的影响分析
图3为模型WQ-1在循环荷载作用下滞回曲线图。由图可见所建模型的滞回曲线饱满稳定，是一种较为标准的纺锤形，说明所建节点模型具有出色的耗能能力，在循环荷载作用下性能稳定，刚度和强度没有明显劣化现象。
图4是模型WQ-2在轴压比0.4作用下分析所得的滞回曲线。整个图形与模型WQ-1的滞回曲线相差不大，也呈现出饱满的纺锤形。说明模型在轴压比0.4的情况下，耗能性能几乎没有下降，刚度和强度也较稳定。
当轴压比加大到0.6时，模型的滞回曲线如图5所示。经分析比较，与模型WQ-1和WQ-2相比，模型WQ-3的滞回曲线仍然饱满稳定，强度、刚度和耗能性能略有下降，但不显著。
综上所述，分析比较在不同轴压比影响下3个模型的滞回曲线，所建模型分别在轴压比为0.2、0.4和0.6时，得出的滞回曲线形状饱满，强度和刚度性能稳定。当轴压比较小时，曲线变化不大。当轴压比为0.6时，模型强度和刚度略有降低。因此可以得出，弯曲型混合连肢墙节点滞回性能优良，具有很好的抗震耗能性能。轴压比对弯曲型混合连肢墙节点的滞回性能影响很小，这也为该类型节点在高层建筑结构体系中的应用和推广提供了参考依据。
3. 2 钢材强度的影响分析
模型WQ-4的滞回曲线如图6所示，在循环荷载作用下性能比较稳定，刚度和强度都没有明显的劣化现象，整个曲线饱满稳定。与模型WQ-1曲线（图3）相比，WQ-4的滞回性能变化不明显，但塑形变形能力稍有提高，说明钢材强度的提高降低了结构的延性，因此在设计弯曲型混合连肢墙节点时不宜采用过高强度的钢材。
4 结论
利用ABAQUS建立弯曲型混合连肢墙非线性有限元计算模型，考虑轴压比和钢材强度影响进行比较。根据结果进行此类节点滞回性能分析，得到如下结论：
1. 按弯曲屈服设计的混合连肢墙节点，在反复荷载下使梁端形成塑性铰区，所得滞回曲线饱满稳定，具有较好的强度，延性特征。因此，所建节点模型具有出色的耗能能力，是一种抗震性能非常优良的体系，有着广阔应用前景。
2. 所建弯曲型混合连肢墙节点模型分别在轴压比0.2、0.4和0.6作用下，滞回性能变化不显著，强度，刚度和延性性能稳定，没有出现明显劣化现象。因此弯曲型混合连肢墙体系在高层建筑结构中具有研究应用价值。
3． 钢材强度的变化对弯曲型混合连肢墙节点的滞回性能影响不明显，但强度的增加减弱了结构的塑性变形能力，因此结构中钢材强度不宜过高。
参考文献：
[1] Mohamed Hassan and Sherif EI-Tawil. Inelastic Dynamic Behavior of Hybrid Coupled Walls. Journal of Structural Engineering, 2004, 130(2), pp. 285-296.
[2] Isao Nishiyama Subhash C. Goel Hiroyuki Yamanouchi. U.S.-Japan Cooperative Earthquake Research Program Phase 5 - Composite and Hybrid Structures. Department of Civil and Environmental Engineering, the University of Michigan College of Engineering, Dec, 1998.
[3]HAJJAR J F，LEON R T，GUSTAFSON M A，eta1．Seismic response of composite moment-resistingconnections ii：behavior[J]．Journal of Structural
Engineering。1998，124(8)：877—885．
[4]吕西林，金国芳，吴晓涵.钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用 上海:同济大学出版社，2002:184一185
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文章名称：
钢连梁弯曲屈服型混合连肢墙体系节点滞回性能
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