裝配式剪力墻水平拼縫抗震性能分析

馬 振 袁 偉 于德湖

(1.菏澤規劃建筑設計研究院，山東 菏澤 274000； 2.青島理工大學，山東 青島 266000)

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裝配式剪力墻水平拼縫抗震性能分析

馬 振1袁 偉1于德湖2

(1.菏澤規劃建筑設計研究院，山東 菏澤 274000； 2.青島理工大學，山東 青島 266000)

考慮裝配式剪力墻水平拼縫處理對結構的安全性影響較大，采用有限元軟件ABAQUS,建立了非線性精細有限元模型，說明了單元選取、材料應力應變關系的確定方法，并結合國內已有的試驗數據，驗證了非線性有限元模型的正確性和適用性。

裝配式剪力墻，有限元模型，滯回曲線，延性

隨著裝配式混凝土剪力墻結構日益增多，對裝配式混凝土剪力墻結構抗震性能的研究也增多。它是將剪力墻在預制廠預制好，然后在工藝現場進行拼接，上下層間剪力墻的連接構造通常用套筒灌漿連接、漿錨搭接連接、角鋼焊接、現澆帶連接、后張預應力連接等多種形式，見圖1。

考慮混凝土剪力墻在水平拼縫相連，形成豎向受力體系，那么水平拼縫的設計，成為整個結構的關鍵。如果設計不合理，將形成薄弱環節，帶來安全隱患。

本文在結合國內此類節點的典型試驗結果的基礎上，采用通用有限元軟件ABAQUS,建立裝配式剪力墻水平拼縫的非線性有限元模型，驗證提出的有限元模型的準確性和適用性，為該類型組合節點的受力性能分析提供有力的依據和工具。

1 有限元計算模型

1.1 典型試驗

文獻[1]是將裝配式剪力墻試件分為上下兩段，下段預制墻預留豎向插筋，上段預制墻與下段墻插筋對應位置處預留600 mm,1 000 mm兩種長度規格的鍍鋅金屬波紋管，待上、下段墻體豎向插入拼裝就位后，在波紋管道內灌注高強無收縮灌漿料，實現兩段墻體的漿錨連接，如圖2所示。

1.2 單元選取

針對以上試件，考慮單元位移求解準確度、剪切自鎖等情況，對剪力墻采用空間三維縮減積分實體單元C3D8R來模擬，而對于剪力墻內的鋼筋，采用三維桁架單元T3D2來模擬。

1.3 材料本構關系

1.3.1 鋼筋本構

本次模擬采用清華大學土木工程系結構工程研究所基于ABAQUS開發的PQ-Fiber v2.0材料單軸滯回本構模型Usteel02，從而較好的考慮鋼筋的包辛格效應。

1.3.2 混凝土本構

混凝土的本構關系，是按照GB 50010—2010混凝土結構設計規范附錄C的推薦來選取。

2 試驗與有限元對比分析

2.1 滯回性能對比分析

通過裝配式剪力墻有限元模擬結果與試驗結果滯回曲線的對比分析，兩條曲線的變化趨勢基本一致。當位移較小時，滯回曲線呈線性變化，構件處于彈性狀態(見圖3，圖4)。

2.2 延性、耗能能力對比分析

各試件主要性能指標見表1。

表1 各試件主要性能指標

在低周反復作用下通過裝配式剪力墻有限元模擬結果與試驗結果的對比分析，它們兩者的各項數值基本一致，再次驗證有限元模擬的正確性。由于試驗試件在施工中的振搗不密實、施工質量差、養護和質量管理不到位等原因，會造成模擬分析的極限位移、極限荷載略高于試驗結果。并且試驗剪力墻混凝土的實際損傷要比有限元模擬的損傷值更為嚴重，因此試驗剪力墻承載力下降要快，位移延性更差。

3 骨架曲線、剛度退化曲線研究

在循環荷載作用下將各時間點的峰值點相連，即可形成骨架曲線，它可以表示塑性變形后結構構件的內力和應力的變化路徑。

由圖5，圖6變化圖形上可以看出，有限元模擬剪力墻與試驗結果比較吻合，變化規律相近?？紤]到構件材料先天性的缺陷，試驗結果的初始剛度略低。此外，當小位移加載時，所有構件的剛度都會發生大幅度的退化。

4 結語

建立的有限元模型在延性方面與典型實驗結果的吻合度較高，驗證了模型中采用的單元類型、材料本構等參數的合理性，可以為更近一步的性能分析奠定理論基礎。

[1] 姜洪斌,張海順.預制混凝土結構插入式預留孔灌漿鋼筋錨固性能[J].哈爾濱工業大學學報，2011，43(4):28-31.

[2] 朱張峰，郭正興.預制裝配式剪力墻結構節點抗震性能試驗研究[J].土木工程學報，2012，45(1):69-76.

[3] 錢稼茹，彭媛媛.豎向鋼筋留洞漿錨間接搭接的預制剪力墻抗震性能試驗[J].建筑結構，2011，41(2):7-11.

[4] 連 星.疊合板式剪力墻的抗震性能試驗分析及理論研究[D].合肥:合肥工業大學，2010.

[5] 劉文清，姜洪斌.插入式預留孔灌漿鋼筋搭接連接構件:中國專利，ZL 200820090150.6[P].2009-04-08.

Performance analysis of precast shear wall in horizontal connections

Ma Zhen1Yuan Wei1Yu Dehu2

(1.HezeInstituteofPlanningandArchitecturalDesign,Heze274000,China; 2.QingdaoUniversityofTechnology,Qingdao266000,China)

If precast shear wall with reinforcements grouted in holes and spliced indirectly in horizontal connections was improper treated, the safety had great influence. Efficient and accurate FEM of ABAQUS was proposed for numerical simulation. The selection of elements types, the material stress-strain relationship and damage model were made a detailed description. Non-linear finite element model was approved with existing test.

precast shear wall, finite element model, hysteretic curve, ductility

1009-6825(2017)13-0035-02

2017-02-25

馬 振(1982- )，男，碩士，工程師

TU352

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