趙 青 趙 軍

(安陽(yáng)工學(xué)院 安陽(yáng) 455000)

開(kāi)圓形洞口整體墻和小開(kāi)口整體墻的研究

趙 青 趙 軍

(安陽(yáng)工學(xué)院 安陽(yáng) 455000)

為了研究開(kāi)圓形洞口整體墻和小開(kāi)口整體墻，采用圓形洞口與正方形洞口進(jìn)行對(duì)比分析。分別將圓形洞口等效為邊長(zhǎng)為直徑的正方形、等面積正方形和圓內(nèi)接正方形對(duì)比頂點(diǎn)位移。結(jié)合有限元分析和理論分析，采用圓內(nèi)接正方形作為等效矩形截面，進(jìn)行慣性矩計(jì)算；采用無(wú)洞口的橫截面面積乘以洞口削弱系數(shù)，進(jìn)行截面面積計(jì)算。

圓形洞口；整體墻；小開(kāi)口整體墻

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛增長(zhǎng)，我國(guó)居民對(duì)住宅建筑的要求不斷提高，單一的方形洞口已不能滿足人們審美的需要，其他形狀洞口的剪力墻成為可能。

根據(jù)剪力墻的開(kāi)洞率對(duì)其受力性能的影響分為整體墻（包括小開(kāi)口整體墻）和聯(lián)肢墻。整體墻和小開(kāi)口整體墻整體性較強(qiáng)，破壞首先發(fā)生在底層。聯(lián)肢墻截面的整體性已經(jīng)破壞，墻體的線剛度比同列兩孔間所形成的連梁的線剛度大得多，破壞首先發(fā)生在連梁上。圓形洞口所形成的連梁相當(dāng)于變截面梁，改變了聯(lián)肢墻的破壞特性，聯(lián)肢墻不適合設(shè)置圓形洞口。因此，研究開(kāi)圓形洞口的整體墻和小開(kāi)口墻的位移計(jì)算。

1 整體墻和小開(kāi)口整體剪力墻頂點(diǎn)側(cè)移

在水平荷載作用下，整體墻受力如同豎向懸臂墻，符合平截面假定，正應(yīng)力為直線規(guī)律分布。當(dāng)整體墻上無(wú)洞口時(shí)，材料采用彈性變形范圍內(nèi)的小變形特性，按照虛功原理計(jì)算，整體墻的頂點(diǎn)側(cè)移包括兩部分：彎曲側(cè)移和剪切側(cè)移。當(dāng)整體墻上有洞口時(shí)，洞口對(duì)彎曲側(cè)移的影響采用有洞與無(wú)洞截面慣性矩沿豎向的加權(quán)平均值 ；洞口對(duì)剪切側(cè)移的影響采用無(wú)洞口的橫截面面積乘以洞口削弱系數(shù)。

均布荷載作用下，有洞口整體墻考慮彎曲和剪切變形后的頂點(diǎn)位移公式為∶[1]

第一項(xiàng)為彎曲變形對(duì)側(cè)移的影響，第二項(xiàng)為剪切變形對(duì)側(cè)移的影響。對(duì)比無(wú)洞口時(shí)的公式，僅有慣性矩和截面面積不同。有洞口整體墻的慣性矩采用有洞與無(wú)洞截面慣性矩沿豎向的加權(quán)平均值：[1]

對(duì)于整體墻和小開(kāi)口墻，剪切對(duì)側(cè)移的影響極小，圓形洞口仍可以采用無(wú)洞口的橫截面面積乘以洞口削弱系數(shù)。

各段的開(kāi)洞部分的慣性矩及相應(yīng)高度的取值針對(duì)的是方形洞口，對(duì)于圓形洞口，各段開(kāi)洞部分的慣性矩采用直徑處截面慣性矩或者采用等效正方形洞口時(shí)的截面慣性矩，相應(yīng)高度采用直徑或等效正方形邊長(zhǎng)。

2 有限元分析

2.1 有限元模型

采用ANSYS建立剪力墻試件的有限元模型,對(duì)層高為3m的10層雙肢對(duì)稱剪力墻進(jìn)行計(jì)算分析，墻高為6m,墻肢截面厚度均為200mm。試件比例為1∶ 1，在單元左側(cè)作用均布面荷載q=20kN/m2。材料彈性模量為3×104MPa，泊松比為0.2，剪切彈性模量為,1.25×104MPa，剪應(yīng)力不均勻系數(shù)采用1.2。墻體均為整體墻和整體小開(kāi)口墻，并且洞口居中布置。

對(duì)于測(cè)序得到的序列信息，首先根據(jù)PE reads之間的Overlap關(guān)系，將Hiseq測(cè)序得到的雙端序列數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接以獲得完整的一條序列Tags，同時(shí)對(duì)Reads的質(zhì)量和拼接的效果進(jìn)行質(zhì)控過(guò)濾。之后利用不同軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如QIIME軟件進(jìn)行OTU劃分，基于Silva和UNITE分類學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)OTU進(jìn)行分類學(xué)注釋分析、利用MEGAN軟件分析樣品中所有微生物的進(jìn)化關(guān)系和豐度差異，利用Mothur軟件對(duì)樣品進(jìn)行Alpha多樣性指數(shù)評(píng)估等。

2.2 正方形洞口的邊長(zhǎng)和頂點(diǎn)位移

選取一組洞口邊長(zhǎng)為a的正方形洞口，建立有限元模型進(jìn)行分析，正方形洞口尺寸、頂點(diǎn)位移和開(kāi)洞率見(jiàn)表1.1。

表1 .1 正方形洞口尺寸、頂點(diǎn)位移和開(kāi)洞率

2.3 直徑為D1的圓形洞口

取圓形洞口的直徑D1 與正方形洞口的邊長(zhǎng)a 相等，圓形洞口直徑、頂點(diǎn)位移和開(kāi)洞率見(jiàn)表1.2。

表1 .2 圓形洞口直徑D1、頂點(diǎn)位移和開(kāi)洞率

2.4 直徑為D2的圓形洞口

表1 .3 圓形洞口直徑D2、頂點(diǎn)位移和開(kāi)洞率

2.5 直徑為D3的圓形洞口

按照?qǐng)A形洞口為正方形洞口的外接圓的原則，取洞口的直徑D3，洞口尺寸、頂點(diǎn)位移和開(kāi)洞率見(jiàn)表1.4。

表1 .4圓形洞口直徑D3、頂點(diǎn)位移和開(kāi)洞率

?

2.6 正方形洞口頂點(diǎn)位移有限元值和理論值

對(duì)正方形洞口頂點(diǎn)位移的有限元值與理論值對(duì)比，見(jiàn)表1.5.

表1 .5 正方形洞口頂點(diǎn)位移有限元值和理論值對(duì)比

對(duì)于整體墻，頂點(diǎn)位移的理論值與有限元值相差不大，可以直接用理論公式計(jì)算，對(duì)于小開(kāi)口整體墻，采用理論值乘以1.2，所得到的等效剛度是保守的。

2.7 正方形洞口與洞口直徑為D1、D2、D3圓形洞口的頂點(diǎn)位移對(duì)比

分別將正方形洞口的頂點(diǎn)位移與洞口直徑為D1、D2、D3的圓形洞口的頂點(diǎn)位移進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1.5、表1.6、表1.7，并將頂點(diǎn)位移用圖1.1分析。

表1 .5 正方形與直徑為D1圓形洞口頂點(diǎn)位移偏差對(duì)比

表1 .6 正方形與直徑為D2圓形洞口頂點(diǎn)位移偏差對(duì)比

表1 .7 正方形與直徑為D3圓形洞口頂點(diǎn)位移偏差對(duì)比

由上可知，洞口直徑為D2的圓形洞口的頂點(diǎn)位移與正方形最接近，即可以按照面積相等的原則，將圓形洞口等效為矩形洞口，然后按照矩形洞口公式進(jìn)行理論計(jì)算。

2.8 圓形洞口頂點(diǎn)位移有限元值和理論值對(duì)直徑為D2的圓形洞口頂點(diǎn)位移的有限元值與理論值對(duì)比，見(jiàn)表1.8。

圖1 .1 正方形洞口頂點(diǎn)位移與圓形洞口頂點(diǎn)位移對(duì)比

表1 .8 洞口直徑為D2圓形洞口的頂點(diǎn)位移有限元值和理論值對(duì)比

由上可知，無(wú)論對(duì)于整體墻，還是小開(kāi)口整體墻，頂點(diǎn)位移的理論值與有限元值相差不大。主要原因是開(kāi)圓形洞口的剪力墻的整體性能比開(kāi)方形洞口的整體性強(qiáng)。

對(duì)直徑為D3的圓形洞口頂點(diǎn)位移的有限元值與理論值對(duì)比，見(jiàn)表1.9。

表1 .9 洞口直徑為D3圓形洞口的頂點(diǎn)位移有限元值和理論值對(duì)比

由上可知，對(duì)于整體墻，頂點(diǎn)位移的理論值與有限元值相差不大，可以直接用理論公式計(jì)算，對(duì)于小開(kāi)口整體墻，采用理論值乘以1.2。

3 結(jié)論

由圖1.1可知：直徑為D2圓形洞口的頂點(diǎn)位移與正方形洞口最接近，即采用面積相等的原則得到的等效矩形截面的有限元值最接近。但是，再對(duì)矩形截面剪力墻進(jìn)行有限元分析中，將剪力墻分為整體墻和小開(kāi)口整體墻，整體墻直接用理論公式計(jì)算，對(duì)于小開(kāi)口整體墻，采用理論值乘以1.2。由表1.9可知：直徑為D3圓形洞口的頂點(diǎn)位移的有限元值與理論值的偏差不大于20%。因此，對(duì)于圓形截面，應(yīng)采用內(nèi)接正方形作為等效矩形截面，進(jìn)行慣性矩Iq計(jì)算。對(duì)于整體墻直接用理論公式計(jì)算，對(duì)于小開(kāi)口整體墻，采用理論值乘以1.2。

[1]包世華，張銅生.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算[M] .北京：清華大學(xué)出版社，2005

[2]江見(jiàn)鯨，陸新征.混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析[M] .北京：清華大學(xué)出版社，2013

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1007-6344（2017）01-0246-02

趙青（1977-），女，講師，安陽(yáng)工學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，趙軍（1980-），男，講師，安陽(yáng)工學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，