摘要：随着城市的发展，越来越多复杂多元化的建筑出现在我们面前。因建筑功能的多样化，对使用空间的高要求，常出现底部需要大开敞空间导致柱子或剪力墙无法落地的情况。为满足建筑的要求，结构设计中常用转换来解决这类问题。构件转换常涉及到复杂的节点连接，常规的结构设计分析无法反应出节点的受力状态，需要进行精细化的实体有限元分析。本文就深圳某商业的斜撑转换节点为例，用ABAQUS进行实体有限元分析。
关键词：斜撑转换；实体有限元；应力分布
引言：结构设计中常用的转换形式有厚板转换、转换梁转换、斜撑转换等，其中斜撑转换的优点是传力直接。在结构整体计算时，梁、柱、斜撑等构件被简化为一维单元，一维单元无法准确模拟构件连接处的真实受力情况。为了验证结构设计是否满足规范对于强节点弱构件的要求，对构件采用三维实体单元，进行有限元分析，通过应力分布和屈服范围分布判断节点的可靠性。
一、项目简介
某商业项目，在七层～八层连廊两端各设置了一榀斜撑转换，桁架有两层高，高度9.6m，跨度21m，主要由两根斜撑构成，支撑上部楼层柱，斜撑截面H1000mmx600mm。如下图所示。
二、ABAQUS模型建立
采用ABAQUS软件对节点进行应力分析。混凝土和型钢采用了二次四面体修正单元（C3D10M），钢筋网采用Truss单元（T3D2）。网格的划分会直接影响到节点的分析结果，畸变的网格往往会得到失真的结果，本项目的单元网格采用细分网格的网格实验方法以确定合适的网格。型钢及钢筋采用embedded region与混凝土连接，不考虑型钢及钢筋与混凝土界面间的粘结滑移。
在ABAQUS模型中，建立与受荷面相耦合的参考点，将力与弯矩施加在参考点上，避免直接加载产生的应力集中现象。提取YJK软件中的柱端及梁端集中力及集中弯矩，并施加在在梁端及柱顶，以模拟节点区域的弯矩剪力及轴力。ABAQUS模型中的构件截面尺寸及钢筋面积均采用YJK软件计算结果进行确定。
三、分析结果
（1）小震下分析结果
由于节点根部采用固结节点，在根部出现了应力集中。应力集中通常会在很小的一个范围内迅速降低到材料设计值以内，且真实构件并非真正固结，所以结果中的应力集中属于失真的模拟，并不会影响结果的准确性。故不考虑根部的应力，只关注节点区域范围的应力。
由图1结果可知，不考虑应力集中的数值，混凝土最大压应力为19MPa，型钢最大应力为150MPa，均未超出材料的强度设计值，可以判断节点及各构件均满足小震弹性的性能要求，满足设计要求。
型钢Mises应力150MPa 混凝土最大压应力19MPa
图1小震作用下结果
（2）中震下分析结果
由图2结果可知，设防地震工况组合下，混凝土最大压应力为23MPa，型钢最大应力为246MPa，均未超出材料的强度设计值，可以判断节点及各构件均满足中震弹性的性能要求，满足设计要求。
型钢Mises应力246MPa 混凝土最大压应力23MPa 混凝土最大剪应力3.6MPa
图2 中震作用下结果
（3）大震下分析结果
由图3结果可知，罕遇地震工况组合下，混凝土应力，型钢应力小于相应材料的强度标准值，可以判断节点及各构件均满足罕遇地震下不屈服的性能要求，满足设计要求。
型钢Mises应力270MPa 混凝土最大压应力29MPa 混凝土最大剪应力3.7MPa
图3 大震作用下结果
结束语
通过ABAQUS对斜撑转换处节点的实体有限元分析结果可知，节点可以满足设定的性能目标。从型钢Mises应力图可以明显的看出，节点处的应力较节点区以外构件应力相比更小，说明该节点设计可以满足规范强节点弱构件的设计要求。
通过精细化的实体有限元分析可以模拟节点及构件真实的受力情况，可以得到各工况下的应力水平，在涉及到复杂的节点设计时，是对常规结构分析的有效补充手段。通过节点分析可以有针对性的加强或优化各构件，并完善节点做法。
参考文献：
[1]中石油大厦斜交网格X型节点试验研究[J].曹正罡，严佳川，周威，高英志，刘志伟.土木工程学报.2013（12）
[2]绿建大厦斜撑转换结构设计[J].夏炎，姜月林，凌菁华，张宏.建筑结构.2013（09）
[3]天津现代城酒店塔楼及裙房抗震设计研究[J].陆道渊，哈敏强，姜文伟，刘灿，陆益鸣，任涛，黄良，徐麟.2012（05）
论文作者:曹秋迪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/8
标签：应力论文; 节点论文; 构件论文; 型钢论文; 混凝土论文; 网格论文; 实体论文; 《基层建设》2019年第11期论文;