劉曉鳳，楊冬末，金　晶

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

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現(xiàn)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(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥230022；2.合肥宸源建設(shè)工程有限公司，安徽 合肥230601)

為研究現(xiàn)澆剪力墻在不同軸壓比下的受力性能，用有限元軟件ANSYS對(duì)現(xiàn)澆剪力墻體進(jìn)行了模擬分析。通過模擬，分別獲得現(xiàn)澆剪力墻在不同軸壓比作用下改變側(cè)面荷載值的荷載-位移曲線，然后將模擬結(jié)果與尺寸和配筋率相同的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)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(xiàn)澆剪力墻；ANSYS；軸壓比；荷載。

0　引　　言

現(xiàn)澆整體剪力墻體是工程中的最常用的一種形式,也是設(shè)計(jì)及施工人員最為熟悉的一種結(jié)構(gòu)形式。現(xiàn)澆剪力墻具有工藝簡單、整體性好、剛度大等優(yōu)點(diǎn)。然而人們對(duì)這種結(jié)構(gòu)的諸多特點(diǎn),如抗震性、整體性的研究并不深入。本文采用ANSYS軟件對(duì)現(xiàn)澆剪力墻體進(jìn)行模擬分析,在有限元軟件的基礎(chǔ)上,研究該類結(jié)構(gòu)在不同軸壓比及側(cè)邊荷載作用下其各階段的位移變形,并與已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,為現(xiàn)澆剪力墻體的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1　現(xiàn)澆剪力墻體的計(jì)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(yīng)力應(yīng)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(wǎng)格劃分完畢后要注意節(jié)點(diǎn)的共用,這樣才能保證單元尺寸的大小。通過耦合壓縮節(jié)點(diǎn),可以傳遞混凝土及鋼筋單元的應(yīng)力及位移,保證這兩種單元協(xié)同工作。

鋼筋混凝土現(xiàn)澆剪力墻的尺寸為2800mm×2000mm×200mm，如圖1所示?；炷翉?qiáng)度等級(jí)均采用C30。短向2000，共設(shè)置19根鋼筋，長向2800mm，共設(shè)置27根鋼筋，鋼筋為HRB400，直徑為8mm，橫截面積記為50.24mm2。

現(xiàn)澆剪力墻通過2個(gè)對(duì)角點(diǎn)的X、Y、Z的坐標(biāo)進(jìn)行建立,然后通過掃掠的方式對(duì)體進(jìn)行劃分,將體劃分為規(guī)格一致的六面體單元形式,共形成2240個(gè)單元。如圖2所示。

現(xiàn)澆墻體的鋼筋單元通過1026個(gè)節(jié)點(diǎn)建立后連接生成1960個(gè)鋼筋單元。如圖3所示。

圖1現(xiàn)澆墻的尺寸

圖2現(xiàn)澆墻體的網(wǎng)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(shù)設(shè)置如表1所列。

表1　C30混凝土與HRB400鋼筋材料參數(shù)一覽表

對(duì)現(xiàn)澆墻體的荷載施加分為2步進(jìn)行:

(1)首先施加豎向荷載,因?yàn)橐獙?duì)比不同軸壓比下現(xiàn)澆墻體的荷載-位移關(guān)系曲線,所以在墻體的模擬選取四個(gè)不同的軸壓比數(shù)值:0、0.1、0.15、0.2,對(duì)應(yīng)的面荷載0MPa、1.91MPa、2.86MPa、3.82MPa。豎向荷載加載完成后保持不變?nèi)缓罄^續(xù)加載水平荷載。

圖4墻體側(cè)面加載荷載值

圖5現(xiàn)澆墻體的加載圖

(2)在側(cè)面加載。為避免水平荷載在施加的過程中對(duì)墻體產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,導(dǎo)致構(gòu)件提前產(chǎn)生破壞,把荷載直接加載于墻體的側(cè)面上,通過逐級(jí)加載的方式進(jìn)行加載,為與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,每級(jí)荷載增加50kN,共加載20級(jí),直至構(gòu)件破壞為止。加載級(jí)數(shù)如圖4所示。

加載過程中先對(duì)現(xiàn)澆墻體及鋼筋進(jìn)行耦合,然后對(duì)墻體施加約束后再進(jìn)行加載,示意圖如圖5所示。

2　現(xiàn)澆剪力墻體的模擬結(jié)果匯總及分析

將現(xiàn)澆墻體在加載所過程中不同軸壓比作用下所產(chǎn)生的位移變形匯總?cè)绫?所列。

表2　現(xiàn)澆墻體荷載-位移表　 mm

墻體產(chǎn)生開裂時(shí)的等效應(yīng)力云圖,如圖6示。

圖6　墻體產(chǎn)生開裂時(shí)應(yīng)力云圖

墻體在不同軸壓比及荷載作用下所產(chǎn)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(shí)的應(yīng)力云圖和圖7澆墻體荷載-位移變形匯總曲線可見:① 現(xiàn)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(chǔ)相連接的截面附近,且塑性范圍較小。② 在受力剛開始時(shí),墻體都處于彈性階段,荷載-位移變形曲線呈線性狀態(tài),在四種軸壓比作用下荷載-位移曲線的走向一致。③ 當(dāng)墻體產(chǎn)生開裂以后,荷載位移曲線開始出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn),曲線斜率減小。隨著荷載的不斷增加,鋼筋開始產(chǎn)生屈服,荷載-位移曲線再次出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn),直至結(jié)構(gòu)破壞。④ 在軸壓比小于0.15時(shí),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(dāng)軸壓比大于0.15時(shí),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(xiàn)澆剪力墻體的模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果分析

文獻(xiàn)[1]中對(duì)現(xiàn)澆剪力墻進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析,得出了現(xiàn)澆剪力墻的荷載-位移實(shí)驗(yàn)結(jié)果。將本文的模擬結(jié)果與文[1]中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(shí)驗(yàn)值對(duì)比

注:試驗(yàn)值取自文[1]。

將軸壓比N=0.1的模擬特征值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比得知試驗(yàn)值較模擬結(jié)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(jié)　　論

根據(jù)上述分析,得到的結(jié)論如下:

(1)剪力墻在荷載作用下的變形位置?，F(xiàn)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(chǔ)相連接的截面附近。

(2)模擬特征值與軸壓比的關(guān)系。在軸壓比小于0.15時(shí),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(dāng)軸壓比大于0.15時(shí),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(yàn)結(jié)果關(guān)系。將軸壓比N=0.1的模擬特征值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比得知試驗(yàn)值較模擬結(jié)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(yàn)研究及有限元分析[D].安徽建筑工業(yè)學(xué)院,2010.

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(責(zé)任編輯胡進(jìn))

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