谷俊斌

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)工程力學(xué)系,內(nèi)蒙古 包頭 014010)

0 引言

密肋復(fù)合墻板作為密肋壁板結(jié)構(gòu)重要的組成部分,是由混凝土框格格與填充砌塊兩部分構(gòu)成,其中混凝土框格作為骨架內(nèi)部配有少量的鋼筋,而填充砌塊一般是由工業(yè)廢料制成的加氣混凝土。密肋復(fù)合墻板一種是由混凝土框格與填充砌塊兩部分相互協(xié)調(diào),共同作用的復(fù)合墻板,在實際工程中,密肋復(fù)合墻板與隱形框架現(xiàn)澆為一整體共同承受外力。當(dāng)施加水平荷載作用時,密肋復(fù)合墻板與隱型框架相互依存,相互作用,共同抵抗水平荷載,一方面密肋復(fù)合墻板受到隱形框架的約束限制,另一方面密肋復(fù)合墻板反作用于隱形框架,兩者相互依存,相互作用,共同抵抗外力?？偠灾?密肋復(fù)合墻體是將力學(xué)性能相差懸殊的兩種材料通過特殊構(gòu)造轉(zhuǎn)換成一種強度較高、抗震性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件。

1 密肋復(fù)合墻板的建模過程

密肋復(fù)合墻體是有多種材料復(fù)合而成的一種新型結(jié)構(gòu)體系,從而導(dǎo)致其受力特性、聯(lián)結(jié)方式和構(gòu)造處理都比較復(fù)雜,因此,用非線性有限元方法分析密肋復(fù)合墻體在外荷載作用下的內(nèi)力和變形情況是目前比較為合理的一種方法[1～3]。

1.1 試件及其材料特性

密肋復(fù)合墻板是由框格單元與砌塊單元兩部分組成的,兩者緊密結(jié)合在一起,因此將密肋復(fù)合墻板試件命名為IFH試件,如圖1所示?？蚋裰械奶畛淦鰤K的厚度為100mm,高厚比取4,b為50mm,H為40 mm, B×H為400mm×400 mm,并且加載時選取單調(diào)加載。試件中框格與填充砌塊所用材料的力學(xué)性能如表1所示。

圖1 IFH系列試件示意圖

表1 混凝土與加氣混凝土砌塊的力學(xué)性能

1.2 接觸單元模型

密肋復(fù)合墻體中混凝土框格和砌塊的聯(lián)結(jié)方式有兩種[4]:一是設(shè)置接觸單元;一是兩者完全固結(jié),但分別考慮混凝土與砌塊的開裂影響。這里采用的是設(shè)置接觸單元,在實際工程中,混凝土框格和砌塊整澆在一起,所以在有限元非線性分析時忽略接觸單元之間的拉應(yīng)力。

假定密肋復(fù)合墻板中框格與填充砌塊之間的作用力為接觸應(yīng)力,且設(shè)定兩者之間的接觸方式為面 -面之間的剛性接觸。以試件IFH為例,接觸單元的計算模型如圖 2所示,給模型加載水平荷載20 kN,豎向荷載15 kN,加載模型如圖3所示。

2 計算結(jié)果與討論

應(yīng)用Ansys軟件對密肋復(fù)合墻板(試件IFH)的接觸單元模型進行求解。計算結(jié)果如下:

圖4和圖5分別為試件IFH在水平荷載20 kN和豎向荷載15 kN的作用下的應(yīng)變云圖。從圖中我們可以看出,不論是第一應(yīng)變云圖,還是第三應(yīng)變云圖,試件 IFH中的填充砌塊的變形沿著對角線的方向,形成了明顯的斜壓桿效應(yīng),主應(yīng)變與填充砌塊的斜向裂縫變形一致,同時進一步的的證明了框格與填充砌塊之間設(shè)置接觸單元的計算結(jié)果復(fù)合試件IFH采用剛架-斜壓桿模型的變形,剛架-斜壓桿模型見圖 6所示。

圖7為試件IFH在水平荷載和豎向荷載雙重作用下,在彈性階段、彈塑性階段和破壞階段的破壞過程圖[5]。

圖6 剛架斜壓桿模型

圖7 標(biāo)準(zhǔn)墻體破壞過程圖

試件IFH的第一、第三應(yīng)變云圖對照圖7中墻體破壞過程,我們可以明顯的看出應(yīng)變圖符合墻體的破壞形態(tài),進一步論證了試件IFH在Ansys計算把填充砌塊看作等效斜壓桿的可行性。

3 結(jié)束語

密肋復(fù)合墻板受力性能主要體現(xiàn)在框格、填充砌塊單元的受力性能及其框格與砌塊相互協(xié)調(diào)工作,這也正是密肋復(fù)合墻板的理論與應(yīng)用研究的基礎(chǔ)性工作,對其的試驗與理論研究尚處于初步階段。密肋復(fù)合墻板中框格與填充砌塊之間設(shè)置接觸單元,可以很好的模擬其受力情況,從第一、第三應(yīng)變云圖可以看出試件的變形很好的解釋了等效斜壓桿效應(yīng)。

同時,密肋復(fù)合墻板中框格與填充砌塊之間設(shè)置接觸單元以后,可以傳遞摩擦剪切應(yīng)力,從而在框格與砌塊的接觸界面產(chǎn)生接觸應(yīng)力,有效地抵消試件在水平方向的變形。

[1] Automatic Dynam ic Incrementa1 Nonlinear Analysis.ADINA Inc.2003.

[2] 關(guān)海濤.密肋復(fù)合墻板簡化計算模型及實用計算方法研究[D].西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005,3.

[3] SuidiM.SchnobrichW.C.Finite element analysis of rein-forced concrete,J.of the structuralDivision.Vol.99,1997.10.

[4] 朱伯龍,董振祥.鋼筋混凝土非線性分析[M].上海:同濟大學(xué)出版社,1985.

[5] 黃煒.密肋復(fù)合墻體抗震性能及設(shè)計理論研究[D].西安建筑科技大學(xué),2004,5.