利用ANSYS 分析剪力墻洞口位置的影響

榮 杰

(山西八建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030027)

利用ANSYS 分析剪力墻洞口位置的影響

榮 杰

(山西八建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030027)

以矩形洞口剪力墻為例，利用大型有限元軟件 ANSYS 分別對(duì)洞口水平位置和豎向位置不同時(shí)的模型進(jìn)行了分析，詳細(xì)分析了剪力墻在相同荷載作用下剪力墻剛度、荷載—位移曲線等情況，得出了一些有意義的結(jié)論。

洞口，剪力墻，剛度

隨著社會(huì)的發(fā)展，高層建筑的使用功能越來越多樣性。為了滿足建筑功能的多樣性，不可避免的需要在剪力墻上開設(shè)洞口。洞口的出現(xiàn)必定會(huì)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的橫向剛度、應(yīng)力分布和應(yīng)力的大小有一定程度的影響。所以對(duì)鋼筋混凝土剪力墻上開洞的相關(guān)問題展開研究很有意義。由于剪力墻截面寬度較大，更接近于二維構(gòu)件，從理論上來講剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算不能再通過材料力學(xué)的知識(shí)來分析[1]，而應(yīng)該從彈性力學(xué)的角度進(jìn)行分析(分析范圍為線彈性范圍)。對(duì)于不開洞剪力墻結(jié)構(gòu)從理論上來講是可以通過彈性理論來解決，但是實(shí)際計(jì)算情況往往是行不通的，這是因?yàn)榛炷敛牧系牟淮_定性，以及帶裂縫工作條件，使其很難滿足彈性理論分析問題的前提條件。所以利用大型有限元軟件 ANSYS分別對(duì)洞口水平位置和豎向位置不同時(shí)的模型進(jìn)行分析更能得出準(zhǔn)確的結(jié)論。

1 模型的建立

1.1 模型參數(shù)設(shè)置

首先建立帶洞口(長(zhǎng)1 400 mm，高2 000 mm)剪力墻模型，再

將洞口形心沿軸線分別上下移動(dòng)500 mm，左右移動(dòng)400 mm得到4個(gè)不同的模型，如圖1～圖5所示。模型混凝土材料采用Solid65單元，選用C30混凝土；鋼筋采用Link8單元，選用HPB300型鋼筋,縱向鋼筋配筋率為1.2%，橫向鋼筋配筋率為0.6%。建模過程中不考慮混凝土應(yīng)力松弛現(xiàn)象，混凝土開裂情況下的剪力傳遞系數(shù)選取0.5，閉合情況下的剪力傳遞系數(shù)選取0.95。考慮混凝土開裂現(xiàn)象，混凝土單軸抗拉強(qiáng)度為2.01 N/mm2，不考慮混凝土的壓潰現(xiàn)象，其他參數(shù)都采用 ANSYS的默認(rèn)值。

1.2 加載方式

豎向荷載選取軸壓比為 0.2，加載于墊梁的頂面。水平荷載通過對(duì)5個(gè)模型 Q1，Q2，Q3，Q4，Q5分別進(jìn)行加載運(yùn)算，選取模型Q3的極限荷載700 kN，分別施加在每個(gè)模型上墊梁的左側(cè)，水平向右，水平荷載采取分步加載的方式，逐步施加于墊梁的左側(cè)，每步荷載大小基本保持均勻，加載過程直至模型達(dá)到極限承載力或加載完畢為止。

2 水平向位移變形圖的分析

在相同的荷載下，模型 Q1，Q2，Q3，Q4，Q5的水平變形云圖如圖6～圖10所示。由圖6～圖10可以看出：5個(gè)模型的水平位移變化規(guī)律基本一致，水平位移從剪力墻頂部到底部均逐漸減小，同一水平高度下的水平位移，右側(cè)墻肢略大于左側(cè)墻肢，最大水平位移在墻頂距加載處較遠(yuǎn)的位置產(chǎn)生，墻底左下角處均會(huì)產(chǎn)生微小的與水平荷載方向相反的位移。對(duì)比模型Q1，Q2，Q3 可以得出，頂點(diǎn)位移：Q3>Q1>Q2，數(shù)值：Q3約為Q1的2倍，Q1約為Q2的2倍。說明洞口位置與水平荷載距離越大，頂點(diǎn)位移越大。對(duì)比模型Q4，Q1，Q5,頂點(diǎn)位移：Q4>Q1>Q5，數(shù)值：Q4比Q1大1.253 mm，Q1比Q5 大 2.235 mm。說明洞口位置與豎向荷載距離越大，頂點(diǎn)位移越小。

3 荷載—位移分析

通過模型加載運(yùn)算可以得出每個(gè)模型各子步所對(duì)應(yīng)最大位移的具體數(shù)值。由于水平荷載是單調(diào)增加的，根據(jù)各子步對(duì)應(yīng)的

時(shí)間可以換算出所對(duì)應(yīng)的荷載，詳見表1。

表1 荷載—位移表

由表1可以看出，模型Q1，Q2，Q3，Q4，Q5的荷載—位移變化規(guī)律基本一致，都是隨荷載增大位移有所增大。在加載初期的位移隨荷載增大也表現(xiàn)為線性發(fā)展的規(guī)律，當(dāng)荷載增大到一定程度，曲線的斜率發(fā)生改變，有明顯減小的趨勢(shì)。

4 結(jié)語

1)在相同荷載作用下，隨著洞口位置水平距離荷載作用點(diǎn)越近，剪力墻頂點(diǎn)位移明顯越小，剪力墻等效剛度明顯增大。2)在相同荷載作用下，隨著洞口位置豎向距離荷載作用點(diǎn)越遠(yuǎn)，剪力墻頂點(diǎn)位移越小；剪力墻等效剛度略微增大。3)洞口位置水平改變對(duì)剪力墻剛度和最大位移的影響比豎向改變的影響明顯的多。

[1] 徐培福，趙西安，郝銳坤，等.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，1982：238-255.

[2] 李 杰.洞口大小及形狀對(duì)剪力墻剛度影響的分析[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010,20(17):190-192.

[3] 馬 銀，馮仲齊.不規(guī)則開洞對(duì)剪力墻承載力的影響[J].工程結(jié)構(gòu)，2010，30(2)：49-50.

[4] 楊宗仁.樓板開洞對(duì)鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)抗震性能的影響[D].太原:太原理工大學(xué)，2013.

[5] 馮 璀.雙T型短肢剪力墻的有限元分析[D].太原:太原理工大學(xué)，2013.

On influence of shearing wall hole location with ANSYS

RONG Jie

(ShanxiNo.8ConstructionGroupCo.,Ltd,Taiyuan030027,China)

Taking the rectangle hole shearing walls as the example, the paper adopts the large-scale finite element software, ANSYS, to analyze the horizontal and vertical models of holes, mainly analyzes the shearing wall stiffness, and loading-displacement curve of shearing walls under the same loading effect, and achieves valuable conclusions.

hole, shearing wall, stiffness

1009-6825(2014)28-0036-02

2014-07-21

榮 杰(1966- )，男，工程師

TU312

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