現澆剪力墻的性能研究

劉曉鳳，楊冬末，金　晶

(1.安徽建筑大學 土木工程學院，安徽 合肥　230022；2.合肥宸源建設工程有限公司，安徽 合肥　230601)

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現澆剪力墻的性能研究

劉曉鳳1，楊冬末2，金晶1

(1.安徽建筑大學 土木工程學院，安徽 合肥230022；2.合肥宸源建設工程有限公司，安徽 合肥230601)

為研究現澆剪力墻在不同軸壓比下的受力性能，用有限元軟件ANSYS對現澆剪力墻體進行了模擬分析。通過模擬，分別獲得現澆剪力墻在不同軸壓比作用下改變側面荷載值的荷載-位移曲線，然后將模擬結果與尺寸和配筋率相同的試驗結果進行對比。將模擬結果與實驗結果對比表明：開裂荷載、屈服荷載和極限荷載都隨著軸壓比的增大而增大。

現澆剪力墻；ANSYS；軸壓比；荷載。

0　引　　言

現澆整體剪力墻體是工程中的最常用的一種形式,也是設計及施工人員最為熟悉的一種結構形式。現澆剪力墻具有工藝簡單、整體性好、剛度大等優點。然而人們對這種結構的諸多特點,如抗震性、整體性的研究并不深入。本文采用ANSYS軟件對現澆剪力墻體進行模擬分析,在有限元軟件的基礎上,研究該類結構在不同軸壓比及側邊荷載作用下其各階段的位移變形,并與已有的實驗數據進行對比,為現澆剪力墻體的設計提供依據。

1　現澆剪力墻體的計算模型與模擬

本文中鋼筋與混凝土單元采用分離式的建模方式,分別采用solid65和link8來模擬混凝土和鋼筋單元。分離式建模能更好的模擬剪力墻體的受力情況,混凝土及鋼筋單元的應力應變及撓度可以分別直接得出。在分離式單元中,混凝土及鋼筋單元在網格劃分完畢后要注意節點的共用,這樣才能保證單元尺寸的大小。通過耦合壓縮節點,可以傳遞混凝土及鋼筋單元的應力及位移,保證這兩種單元協同工作。

鋼筋混凝土現澆剪力墻的尺寸為2800mm×2000mm×200mm，如圖1所示。混凝土強度等級均采用C30。短向2000，共設置19根鋼筋，長向2800mm，共設置27根鋼筋，鋼筋為HRB400，直徑為8mm，橫截面積記為50.24mm2。

現澆剪力墻通過2個對角點的X、Y、Z的坐標進行建立,然后通過掃掠的方式對體進行劃分,將體劃分為規格一致的六面體單元形式,共形成2240個單元。如圖2所示。

現澆墻體的鋼筋單元通過1026個節點建立后連接生成1960個鋼筋單元。如圖3所示。

圖1現澆墻的尺寸

圖2現澆墻體的網格劃分模型

圖3鋼筋單元模型

C30混凝土及HRB400鋼筋的材料屬性參數設置如表1所列。

表1　C30混凝土與HRB400鋼筋材料參數一覽表

對現澆墻體的荷載施加分為2步進行:

(1)首先施加豎向荷載,因為要對比不同軸壓比下現澆墻體的荷載-位移關系曲線,所以在墻體的模擬選取四個不同的軸壓比數值:0、0.1、0.15、0.2,對應的面荷載0MPa、1.91MPa、2.86MPa、3.82MPa。豎向荷載加載完成后保持不變然后繼續加載水平荷載。

圖4墻體側面加載荷載值

圖5現澆墻體的加載圖

(2)在側面加載。為避免水平荷載在施加的過程中對墻體產生應力集中現象,導致構件提前產生破壞,把荷載直接加載于墻體的側面上,通過逐級加載的方式進行加載,為與實驗數據進行對比,每級荷載增加50kN,共加載20級,直至構件破壞為止。加載級數如圖4所示。

加載過程中先對現澆墻體及鋼筋進行耦合,然后對墻體施加約束后再進行加載,示意圖如圖5所示。

2　現澆剪力墻體的模擬結果匯總及分析

將現澆墻體在加載所過程中不同軸壓比作用下所產生的位移變形匯總如表2所列。

表2　現澆墻體荷載-位移表　 mm

墻體產生開裂時的等效應力云圖,如圖6示。

圖6　墻體產生開裂時應力云圖

墻體在不同軸壓比及荷載作用下所產生的變形用origin軟件匯總,如圖7所示。

圖7　澆墻體荷載-位移變形匯總曲線

通過圖6墻體開裂時的應力云圖和圖7澆墻體荷載-位移變形匯總曲線可見:① 現澆剪力墻及疊合式剪力墻在水平荷載作用下最大的變形主要集中在與基礎相連接的截面附近,且塑性范圍較小。② 在受力剛開始時,墻體都處于彈性階段,荷載-位移變形曲線呈線性狀態,在四種軸壓比作用下荷載-位移曲線的走向一致。③ 當墻體產生開裂以后,荷載位移曲線開始出現明顯的轉折點,曲線斜率減小。隨著荷載的不斷增加,鋼筋開始產生屈服,荷載-位移曲線再次出現明顯的轉折點,直至結構破壞。④ 在軸壓比小于0.15時,開裂荷載Pcr、屈服荷載Py和極限荷載Ppk都隨著軸壓比的增大而顯著增大;當軸壓比大于0.15時,各軸壓比下開裂荷載Pcr、屈服荷載Py和極限荷載Ppk將趨于一致。

3　現澆剪力墻體的模擬結果與試驗結果分析

文獻[1]中對現澆剪力墻進行了實驗分析,得出了現澆剪力墻的荷載-位移實驗結果。將本文的模擬結果與文[1]中的實驗結果進行比較,如表3所列。

表3　墻體(軸壓比為0.1)模擬特征值與實驗值對比

注:試驗值取自文[1]。

將軸壓比N=0.1的模擬特征值與實驗值對比得知試驗值較模擬結果偏大,其中開裂荷載值偏大27%,屈服荷載值偏大5.9%,極限荷載值偏大6.7%。

4　結　　論

根據上述分析,得到的結論如下:

(1)剪力墻在荷載作用下的變形位置。現澆剪力墻及疊合式剪力墻在水平荷載作用下最大的變形主要集中在與基礎相連接的截面附近。

(2)模擬特征值與軸壓比的關系。在軸壓比小于0.15時,開裂荷載Pcr、屈服荷載Py和極限荷載Ppk都隨著軸壓比的增大而顯著增大;當軸壓比大于0.15時,各軸壓比下開裂荷載Pcr、屈服荷載Py和極限荷載Ppk將趨于一致。

(3)模擬特征值與試驗結果關系。將軸壓比N=0.1的模擬特征值與實驗值對比得知試驗值較模擬結果偏大,其中,開裂荷載值偏大27%,屈服荷載值偏大5.9%,極限荷載值偏大6.7%。

[1]吳志新.疊合式剪力墻板的抗震性能試驗研究及有限元分析[D].安徽建筑工業學院,2010.

[2]劉運林.雙向疊合樓板拼縫處受力機理試驗研究與數值模擬[D].合肥工業大學,2014.

[3]周鯤鵬.PK預應力雙向疊合樓板的試驗研究與應用[D].湖南大學,2006.

[4]華和貴.鋼筋混凝土拼接疊合板試驗研究與非線性數值模擬[D].合肥工業大學,2009.

[5]胡國良.ANSYS13.0有限元分析[M].北京：國防工業出版社,2012.

[6]許東.鋼筋混凝土疊合板拼接構造試驗研究與數值模擬[D].合肥工業大學,2014.

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(責任編輯胡進)

The performance of the cast-in-place shear wall

LIU Xiao-feng,YANG Dong-mo,JIN Jing

(1.School of Civil Engineering,Anhui Jianzhu University,Hefei 230022,China 2.Hefei Chenyuan Construction Engineering Company,Hefei 230601,China)

In order to study the cast-in-place shear wall under axial compression ratio of the force performance ,using ANSYS software analysis of cast-in-place shear wall is simulated.Through simulation,respectively cast-in-place shear wall in not under the action of axial compression ratio change lateral load values of the load - displacement curve,and then the simulation results with same size and steel ratio of the test results were compared.The simulation results compared with the experimental results show that the cracking load,yield load and ultimate load increases with the increase of axial compression ratio.

cast-in-place shear wall; ANSYS; Axial compression ratio; the load

2016-03-10；

2016-03-15

劉曉鳳(1989-)，女，碩士研究生，安徽淮北人，從事土木工程研究。

10.3969/j.issn.1671-6221.2016.03.002

TU227

A

1671-6221(2016)03-0005-04