不同搭接參數下漿錨連接裝配式剪力墻的抗震性能研究

(西安科技大學建筑與土木工程學院 陜西 西安 710054)

引言

為了實現節能減排目標，以及建筑行業的綠色健康可持續發展，中國住房和城鄉建設部發布了《建筑業發展“十三五”規劃》，確定了建筑節能以綠色建筑發展的目標，還制定了推動建筑產業現代化的發展任務，其中關鍵就是要推廣智能和裝配式建筑。

裝配式剪力墻以其工業化制作、施工方便、建造速度快、預制結構工期短，投資回收快等優點[1]，被業內人士廣泛看好。但裝配式建筑[2]由于市場對現澆結構的依賴、大地震的頻發，以及裝配式剪力墻抗震設計困難、研究還需不斷完善等原因，其推廣應用一直受到限制。因此對裝配式剪力墻抗震性能[3]還需要不斷研究，來推廣裝配式剪力墻的的應用。

一、有限元模型分析

(一)分析模型。分析模型取自文獻[4]，結構的尺寸如圖1所示。試件從上往下包括加載梁、墻體以及地梁三部分。加載梁長2m，截面尺寸為0.4m×0.4m。墻身高2.8m，寬1.4m，厚0.2m。地梁長2.4m，截面尺寸為0.5m×0.5m。

圖1 分析模型結構

(二)有限元模型。本文所模擬的漿錨連接裝配式剪力墻，混凝土采用三維實體單元C3D8R，鋼筋則是桁架單元T3D2。鋼筋與混凝土采用分離式建模，鋼筋再通過嵌入方式嵌入到混凝土中。混凝土與地梁之間的結合面，采用面與面的接觸，并設置了法向參數。模型的分析步分為兩步，第一步加載720KN的豎向力，第二步在水平方向采用位移加載方式進行反復加載。模型中對于不是重點分析的加載梁和地梁網格尺寸為100mm，加密地方網格為50mm，具體模型及網格劃分如下：

圖2 有限元模型

(三)材料本構關系。混凝土損傷模型可以用于單項加載、循環加載以及動態加載等場合，并具有較好的收斂性。因此本文研究裝配式剪力墻低周反復加載下的抗震性能，選擇混凝土損傷[5]模型進行模擬。

鋼筋模型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[6]模型，在 ABAQUS 軟件導入該子程序的方法考慮鋼筋的包辛格效應。在進行鋼筋混凝土非線性有限元的模擬過程中，采用此本構模型可以減少建模工作量以及模擬計算中的計算量。

二、驗證對比分析

通過文獻[4]中的剪力墻的低周反復荷載試驗，得到剪力墻破壞過程中各特征參數和實測值，與有限元模型D1模擬的結果進行對比，滯回曲線對比圖如圖3所示：

圖3 試驗與模擬滯回曲線對比

模擬與實驗峰值數據的對比數據如表1所示，因為實驗中剪力墻連接處有螺旋箍筋的加強作用，而有限元模擬中未能真實的模擬箍筋對連接處的作用，因此模擬峰值數據比試驗略有降低，最大差值8.3%。差值在合理范圍內。

表1 試驗與模擬極限狀態數據對比

三、參數分析

為了研究全搭接漿錨連接裝配式剪力墻的抗震性能，本章將對結構構件豎向連接鋼筋進行參數對比分析，具體如下：

(一)不同鋼筋直徑的參數分析

本次選取12mm、16mm、18mm等鋼筋直徑進行替換原試驗的14mm鋼筋，試件分別為F12、F14、F16、F18。通過對四個試件建模運算，分析不同鋼筋直徑下裝配式剪力墻的抗震性能。

(1)骨架曲線。從圖4中各試件的骨架曲線看出，連接鋼筋直徑對試件承載力的影響比較明顯，隨著連接鋼筋直徑的增大，試件承載力也隨之增大。在鋼筋直徑增大到18mm，試件承載力變化開始不明顯。

(2)剛度退化曲線。圖5所示，隨著連接鋼筋直徑的增大，試件初始剛度也會增大。對比4個試件的剛度退化曲線，F12最陡，F18 相比最為平緩，說明連接鋼筋直徑的增大，能夠使試件剛度的退化變緩，適當增加連接鋼筋直徑，有利于抗震。

圖4 骨架曲線對比圖

圖5 剛度退化曲線對比圖

(二)不同連接鋼筋錨固長度的參數分析。由于試驗剪力墻模型中連接鋼筋處兩邊直徑14的鋼筋錨固長度為560mm，中間直徑8的鋼筋錨固長度為320mm，記為M2本次所取錨固長度，根據規范如下：

表2 試件錨固長度

(1)骨架曲線。如圖6所示，不同錨固長度的試件其骨架曲線非常相似，所以通過骨架曲線數據，可知錨固長度最短的M1試件，其承載力最低，隨著錨固長度的增加，試件的承載力也隨之增加，錨固長度最長的M5試件承載力最高，雖然總體它們的差值很小，但是可以得到增加錨固長度可以提高試件的承載力。

(2)剛度退化曲線。從圖7中可以看出，以上5個試件的剛度退化趨勢基本相同。通過比較可以看出錨固長度對試件剛度的影響呈正相關，說明錨固長度的增加可提高剪力墻試件的剛度。

圖6 骨架曲線對比圖

圖7 剛度退化曲線對比圖

四、結論

本文建立了漿錨連接的裝配式剪力墻有限元模型，通過實驗結果與模型的對比過分析驗證了模型的正確性，并通過改變連接鋼筋參數進行分析，得出了以下結論：

1、連接鋼筋直徑對試件承載力的影響比較明顯，隨著連接鋼筋直徑的增大，試件承載力也隨之增大。說明連接鋼筋直徑的增大，能夠使試件剛度的退化變緩，試件的耗能能力在不斷的增大，所以適當增加連接鋼筋直徑，有利于抗震。

2、錨固長度隨著試件承載力的增大而增大，錨固長度對試件剛度的影響呈正相關，對試件耗能的影響呈負相關，但增幅很小。說明錨固長度的增加可提高剪力墻試件的剛度，同時降低了試件的耗能能力，但影響較小。