实用干货！转换梁的应力规律
最后更新：2020-03-27 12:48:10 手机定位技术交流文章
原作者:彭昆
在超限报告中，转换梁(节点)的有限元分析目前几乎是一个必要的选择。本文将简要讨论这个问题。
1.转换梁的分类
根据转换梁上壁的不同长度和分布位置，转换梁可分为以下四类:
1)全跨墙体转换梁
2)部分墙支撑在框架柱上的转换梁
3)部分墙位于框架柱净跨度内的转换梁
4)中跨作用柱转换梁
根据转换梁中剪力墙的不同开洞情况，可分为开洞墙转换梁和开洞墙转换梁。
2.转换梁的力学特性
1)全跨墙体转换梁
转换梁的上壁和转换梁具有很强的协同效应。横截面的中心轴向上移动，转换梁的横截面具有很大的拉力，甚至是整个横截面的拉力。
应力特征是大部分梁翼均处于偏心受拉状态，但梁翼中的弯矩比框架法计算的弯矩小得多，梁端弯矩比框架法计算的弯矩小，梁端剪力也相应地比框架法计算的小。
转换梁跨度的上、中墙承受明显的压应力。作为转换梁压缩区的一部分，上壁与转换梁一起抵抗外部弯矩。
转换梁上部支架附近的墙具有相对较大的剪应力，这是由于中跨墙的一部分支撑在框架支柱上，而其余部分支撑在转换梁上。墙的这两个部分之间的相对位移导致支撑附近的墙的剪切应力。
这种转换梁在截面上具有大的拉伸面积，甚至是整个截面。因此，规范规定除了根据结构分析的配筋外，还应加强梁跨中截面顶面纵向配筋和两侧腰部配筋的最小结构配筋。
2)部分支撑在框架柱上的转换梁穿过墙壁
转换梁上部支座附近的墙体存在较大的剪应力，这是由支座附近的相对位移差引起的。
当墙体较长时，剪力墙和转换梁共同受力，转换梁的受力特性与全跨墙体转换梁相似。
S12剪切应力
转换梁承受很大的剪力，开口对转换梁的受力有很大的影响，尤其是转换梁端部剪力最大的部分开口。因此，规范规定开口边缘和支撑柱边缘之间的距离不应小于梁截面的高度。
当框支梁的上壁设有侧门口时，往往会形成小墙肢，小墙肢的应力集中尤为突出，侧门口处框支梁的应力急剧增加。在水平荷载作用下，上侧门开启的框架梁的弯矩和剪力约为上侧门开启的框架梁的3倍。
因此，除小墙肢外，还应加强与侧门洞口墙对应的框架梁的抗剪能力，并加密箍筋。当孔靠近梁端，剪压比不满足要求时，梁端加腋也可用于提高其抗剪承载力和加密箍筋。
3)部分跨墙仅位于框架柱净跨内的转换梁
当部分墙体位于转换梁的净跨度内时，墙体长度在转换梁和上墙的共同作用中起着关键作用。
明挖隧道承重墙转换梁的力学特性与多墙肢作用下转换梁的力学特性相同。当单墙肢长度不超过转换梁跨度的0.25倍时，转换梁与墙的连接工作不能考虑。否则，应考虑转换梁和墙的连接工作。
当承载窗户开口的转换梁的窗台高度大于转换楼层上层高度的1/3时，通常认为转换梁和上墙一起工作。当墙肢总长度不超过转换梁跨度的0.25倍时，转换梁与墙的连接工作可不予考虑。否则，应该考虑。
4)只有中跨柱的转换梁
无论跨度有多长，框架的计算结果与实际结构中考虑上墙影响的有限元计算结果非常接近。
用框架法和有限元法计算的梁跨中各截面的轴向力很小，且大多为压力。转换梁受到显著的弯曲作用。
支撑柱转换梁的支撑柱承受较大的剪力和弯矩。规范规定，梁上支撑柱两侧的箍筋应加密为转换梁高度范围的1.5倍。
支撑柱转换梁时，应在转换楼板上布置承受柱底正交弯矩的楼板梁或框架梁，以避免转换梁承受过大的扭矩。
3.转换梁的分析方法
通常可以选择壳单元或实体单元来计算和分析转换梁。如果只是一个粗略的分析，壳单元模型在结构分析软件2000(ETABS)或MIDAS可以采用。如需详细分析，可采用ABAQUS或ANASYS中的实体模型，并考虑钢筋或钢骨架的影响。
转换梁的材料构造可采用弹性构造或弹塑性构造，但如果要获得钢筋或钢骨架的相对真实应力，建议采用弹塑性构造。几个工程实例表明，用弹性本构模型计算的钢筋或钢骨架的应力往往很小。
转换梁或节点的分析模型可以是整体模型或局部模型。相对而言，局部模型的边界条件对计算结果有一定的影响。
4.规范和强化措施
对于转换结构，《高规》第10.2节提出了许多检查要求和加强措施。以下三项需要特别注意:
1)《高规》第10.2.6条规定，当部分框支剪力墙结构的转换层位于三层或三层以上时，框架柱和地面剪力墙底部钢筋部分的抗震等级应增加一级(抗震构造措施)，支撑柱转换结构不应增加。
2)《高规》第10.2.22条规定，由于在竖向和水平荷载作用下，框架梁上部墙体的多个部位应力集中较大，这些部位的剪力墙容易损坏，因此《高规》规定了相应的加固措施。
3)《高规》第10.2.24条规定，在一些框支剪力墙结构中，框支转换层楼板是重要的传力构件，非楼层剪力墙的剪力需要通过转换层楼板传递给楼层剪力墙。规范给出了转换层的剪力验算公式。
参考文献:转换梁上墙受力特性及设计计算方法研究，魏链，王森；
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