EPS模塊剪力墻與普通剪力墻等效關系分析

滕 達

(河南理工大學土木工程學院，河南 焦作 454000)

0 引言

如今綠色節能建筑隨著我國低碳環保理念的日益推進也越來越受到關注，EPS(Expandable Polystyrenes，簡稱EPS)模塊因為很好地符合綠色節能建筑要求而被廣泛應用。EPS模塊是一種泡沫板材,最大的特點是保溫性能好，還可實現結構—保溫一體化。在加工過程中依據施工模數和相關規范等要求，將加熱發泡后的原材料經相應工序加工成型。但由于自身芯肋的存在，會造成墻體混凝土的不連續、削弱鋼筋和混凝土的粘結作用等不利影響，墻體性能也和實體剪力墻存在區別，為了更好地研究EPS模塊剪力墻墻體，有必要建立起該種墻體和普通剪力墻墻體之間的等效關系。

1 Abaqus簡介

Abaqus早期是HKS公司的產品，后被達索公司收購，故也稱為達索Simulia。該軟件的強大之處在于它對非線性問題的分析計算。伴隨著相關理論與計算機技術的不斷發展，該款軟件逐步克服了使用過程中的各種問題漏洞，得到改進后的軟件如今已趨于完善。Abaqus由Standard，Explicit兩大求解器以及CAE前后處理等核心模塊組成，該軟件提供了一套非常完善的材料模型庫和單元庫，因此被廣泛運用于機械制造、土木工程等領域[1]。在這些領域中，除了可有效地進行沖擊碰撞分析、彈塑性分析、模態分析等分析外，還能進行各種耦合分析、質量擴散分析等[2]，并且結果較為精確。

2 原EPS模塊剪力試驗基本情況

本文參照文獻[3]中的EPS模塊剪力墻結構試驗,該試驗基本介紹如下。

根據以往相關研究，EPS模塊剪力墻抗震性能受高寬比影響較為明顯，為了充分考慮高寬比影響，本文設置1.2和2的兩組不同高寬比試件。表1和圖1分別給出了原試件的參數和有限元模型。

表1 原試件參數

3 等效墻厚模型建立

3.1 材料本構

1)混凝土材料本構。混凝土本構的選取直接關系到分析計算的準確性和收斂性，本文采用《混凝土結構設計規范》附錄C中的混凝土單軸受拉(壓)應力—應變關系。

2)混凝土塑性損傷模型。為了更好模擬墻體破壞過程，采用混凝土CDP模型，引入受拉損傷因子dt和受壓損傷因子dc；為了更接近真實破壞，對于損傷部分設置拉(壓)剛度恢復系數(ωt，ωc)，軟件默認ωt=0，ωc=1。

3)鋼筋材料本構。選擇彈性—強化模型為鋼筋本構關系模型，把鋼筋應力—應變關系看作兩折線段，第一段直線斜率是鋼筋彈性模量，第二段直線斜率為第一折線段斜率的1/100，即Es′=0.01Es。

3.2 加載制度

文獻[3]中的試驗采用力—位移混合控制，有限元模擬時為了加載過程的方便，采用位移控制加載模式[4]，極限位移參照文獻[3]實驗中的極限位移，試算后確定W-1的極限位移取10 mm，W-2的極限位移取14 mm。

3.3 有限元模型建立

為了等效芯肋處不連續對墻體整體性的削弱，本文采用減小墻厚的方式，用厚度比原墻體稍小的實心混凝土墻體來等效帶孔洞的墻體。通過設置高寬比分別為1.2(Ⅰ組)和2(Ⅱ組)的有限元模型，Ⅰ，Ⅱ兩組分別取120 mm，115 mm，110 mm，105 mm四個厚度變量，軸壓比和混凝土強度均與原試驗一致，豎向筋和水平筋為直徑8 mm的一級鋼筋，間距300 mm雙向布置，Ⅰ，Ⅱ組等效模型如圖2和圖3所示。

4 結果分析

在對比分析時，本文著重分析E0(初始剛度)和Pmax(極限承載力)，表2給出了原EPS模塊剪力墻的相關力學指標，其中Δy為屈服位移；Δu為極限位移；μ為延性。

表2 原試驗的相關力學指標

圖4和圖5給出了Ⅰ組和Ⅱ組墻體的剛度退化曲線和骨架曲線。

表3給出了等效模型主要力學指標與偏差。

由表3和圖4可得，在Ⅰ組墻體中，當等效墻厚在120 mm，115 mm,110 mm范圍時，等效后E0和原試件E0相比分別高出9.56%，5.88%，2.94%，由此可見，在一定范圍內，Ⅰ組墻體存在E0隨等效厚度的減小而降低的規律，并且在該范圍內，均大于原墻體E0；但是，當等效墻厚為105 mm時，和原墻體相比，卻存在E0減小的現象。

表3 等效模型主要力學指標

當等效墻厚在120 mm，115 mm，110 mm，105 mm范圍內，等效后Pmax和原試件Pmax相比分別高出28.7%，23.12%，19.40%，15.53%，由此可見，在一定范圍內，Ⅰ組墻體存在Pmax隨著等效厚度的減小而降低的規律。

由表3和圖5可知，在Ⅱ組墻體中，當等效墻厚為120 mm和115 mm時，等效后E0和原試件E0相比分別高出2.88%和0.41%，當等效墻厚為110 mm和105 mm時，等效后E0和原試件E0相比卻分別低3.7%和7.82%。

當等效墻厚為120 mm和115 mm時，等效后Pmax和原試件Pmax相比分別高出4.04%和0.69%，當等效墻厚為110 mm和105 mm時，等效后Pmax和原試件Pmax相比卻分別低1.95%和6.28%。

5 結語

將帶有均勻孔洞的EPS模塊剪力墻體用厚度稍薄的同種混凝土強度實心墻體代替是可行的。從兩種不同高寬比的模型擬合情況來看，建議在其他條件恒定下，用厚度為110 mm的實心墻體代替EPS模塊剪力墻。