陳圣斌

（安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001）

目前，我國各行業(yè)都在進行技術(shù)升級，許多地區(qū)已摒棄了傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑模式開始采用裝配式建筑，裝配式剪力墻的抗震性能受到重點關(guān)注。王樹偉等[1]通過改變齒鍵高度對齒槽型連接裝配式鋼筋混凝土剪力墻的抗震性能進行研究，發(fā)現(xiàn)將齒鍵高度增高，齒槽型連接的裝配式鋼筋混凝土剪力墻承載力在后期略有提高；許冠超等[2]設(shè)計了一種環(huán)筋扣合錨接混凝土剪力墻，此種連接形式的裝配式剪力墻鋼筋能有效傳遞應(yīng)力，耗能能力呈現(xiàn)增大趨勢；王衛(wèi)永等[3]通過ABAQUS 有限元分析軟件對一種適用于裝配式建筑的新型抗側(cè)力結(jié)構(gòu)鋼桁架-混凝土組合剪力墻進行分析，軸壓比在0.3～0.5之間，鋼桁架混凝土剪力墻的抗剪承載力較大，增大型鋼柱的含鋼率比增大型鋼腹桿的含鋼率對抗剪承載力提升效果明顯；李妍等[4]發(fā)現(xiàn)兩種干式連接（焊接、直螺紋機械套筒連接）剪力墻與現(xiàn)澆混凝土剪力墻整體性能較為接近，閃光對焊處與現(xiàn)澆整體鋼筋的剛度大致相同，機械套筒對連接局部有強化的效果。

本文根據(jù)具體的工程實例建立3 種有限元模型，通過對比抗震性能的優(yōu)劣，為建筑裝配式剪力墻實際應(yīng)用及試驗?zāi)Ｐ吞峁?shù)據(jù)參考。

1 剪力墻模型

1.1 結(jié)構(gòu)模型

3 個剪力墻模型不同之處在于構(gòu)件間的連接方式：XJ1是經(jīng)常見到的施工現(xiàn)場進行現(xiàn)澆，剪力墻鋼筋之間進行綁扎連接；GJ1為裝配式剪力墻中最常見、應(yīng)用最多的灌漿套筒剪力墻，連接方式為上下剪力墻鋼筋之間利用套筒進行連接，之后套筒內(nèi)灌注混凝土使其成為整體，為了簡化模型設(shè)計，將梅花形分布的灌漿套筒簡化為上下貫通的通長鋼筋；XG1 為兩邊以及中間放置型鋼的預(yù)制型鋼裝配式剪力墻，通過貫通型鋼外伸用螺栓進行連接，連接處使用后澆混凝土，實現(xiàn)整體快速安裝。3個剪力墻都只是研究單個墻體結(jié)構(gòu)，弱化了整體之間的連接性能。

模型墻體為矩形截面，外形尺寸完全相同，墻高2 740 mm、墻長2 400 mm、墻厚200 mm，見圖1。

圖1 剪力墻模型

圖2 XG1型鋼位置

1.2 材料參數(shù)

墻體材料選用C40 標準混凝土，密度2 500 kg/m3,彈性模量3.25×104N/mm2，泊松比0.3[5]。墻內(nèi)鋼筋均為HRB400 級鋼筋，鋼材選用強度為Q235 的H 型鋼，密度為7 800 kg/m3，彈性模量2×105N/mm2，泊松比取0.3，屈服強度、抗拉強度取標準值。剪力墻模型中的軸壓比均設(shè)為0.3。

1.3 單元劃分及加載方式

在ABAQUS 有限元分析軟件中對預(yù)制混凝土、鋼筋、型鋼分別進行獨立建模，混凝土采用C3D8R 實體單元，鋼筋、型鋼均采用T3D2 桁架單元。將墻體劃分尺寸為100 mm×100 mm，加載梁以及地梁劃分尺寸為200 mm×200 mm。試驗為擬靜力加載試驗，進行低周往復(fù)加載，施加豎向550 kN 的力，加載梁上部水平面左右方向采用位移加載方式[6]，見圖3。

圖3 加載方式

2 有限元模擬分析

2.1 模擬結(jié)果

XJ1現(xiàn)澆剪力墻的混凝土最大應(yīng)力值在墻體的右下角端部位置，墻體破壞從端部位置斜向發(fā)展，下方端部鋼筋發(fā)生較大面積的屈服；GJ1 灌漿套筒裝配式剪力墻與現(xiàn)澆剪力墻的混凝土最大應(yīng)力出現(xiàn)位置大致相同，都在墻體下方端部底角位置，兩者裂縫展開方向也基本相似，但灌漿套筒裝配式剪力墻的混凝土最大承載力比現(xiàn)澆剪力墻承載力要大，其鋼筋應(yīng)力分布及應(yīng)力最大值與現(xiàn)澆剪力墻也非常相似；XG1 型鋼裝配式剪力墻的混凝土最大應(yīng)力值出現(xiàn)在邊緣型鋼與混凝土交界處，型鋼最大應(yīng)力位于下方端部與地梁相交位置，而中間型鋼兩側(cè)的中部鋼筋發(fā)生較大屈服。見圖4-圖6。

圖5 GJ1應(yīng)力

圖6 XG1應(yīng)力

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 滯回曲線

3種剪力墻的滯回曲線反映了反復(fù)加載過程中的變形特征、剛度退化和耗能情況，3 者的形成過程相似，都是在位移加載過程中試件由彈性狀態(tài)到塑性狀態(tài)最后到不可恢復(fù)的塑性狀態(tài)。XG1 的極限承載力最高，XJ1 的極限承載力略大于GJ1。初始加載試樣在彈性階段，曲線所形成的回環(huán)細長、面積小。隨著水平方向的加載、卸載，滯回環(huán)逐漸飽滿，3 種剪力墻中XG1 的滯回曲線更加飽滿，耗能能力最好；雖然GJ1 的承載力略小于XJ1，但其滯回曲線面積更飽滿，說明GJ1的耗能能力比XJ1好。型鋼的安裝不僅在承載力方面對剪力墻有提高作用，也對剪力墻的變形、耗能能力起到了增強的作用。見圖7。

圖7 滯回曲線

2.2.2 骨架曲線

骨架曲線是循環(huán)加載得到滯回曲線每個滯回環(huán)上最大峰值的軌跡，反映了構(gòu)件受力與變形的各個不同階段及特性，是確定構(gòu)件抗震性能的重要依據(jù)[7]。

初始階段3 種剪力墻骨架曲線均是直線，但是經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)XJ1 與GJ1 的斜率基本一致，XG1 的骨架直線斜率大于二者，說明XJ1、GJ1 的初始剛度基本一致，XG1 的初始剛度明顯高于二者。XJ1 的極限承載大于GJ1，極限承載后XJ1 曲線一直處于下降狀態(tài)，GJ1趨于平穩(wěn)，說明XJ1的極限承載力、剛度大于GJ1，延性低于GJ1。XG1的極限承載力最高，剛度最大，但延性最低。見圖8。

圖8 骨架曲線

2.2.3 剛度折減（剛度退化曲線）

剛度是結(jié)構(gòu)在受力時抵抗變形的能力，隨著加載力度不斷增大，剪力墻的整體結(jié)構(gòu)不斷損傷，剛度逐漸退化。

式中：Ki為第i 級循環(huán)荷載加載下的環(huán)線剛度；Pi為第i級循環(huán)時的峰值荷載；Δi為第i級循環(huán)時的峰值點位移。

剪力墻的剛度隨著位移的發(fā)展不斷減小，3 種剪力墻都有相同的退化趨勢，初始階段剛度下降幅度較大，后期下降緩慢。XG1在加載初期剛度最大，XJ1與GJ1 的初始剛度基本相同，這是由于XG1 試件設(shè)置型鋼連接，因此遠遠大于后兩者。加載后期，3種剪力墻的剛度退化都較緩慢，下降速率逐漸趨于平緩。整個加載過程XG1 剛度都大于XJ1、GJ1，最終3 種剪力墻的剛度較為相似。見圖9。

圖9 剛度退化曲線

3 結(jié)論

1）對于現(xiàn)澆剪力墻與灌漿套筒裝配式剪力墻，兩者的極限承載力、骨架曲線、剛度退化曲線都大致相同，滯回曲線后者比前者更加飽滿一些，在抗震性能方面灌漿套筒裝配式剪力墻略好于現(xiàn)澆剪力墻。

2）放置了型鋼的裝配式剪力墻承載力遠大于現(xiàn)澆和灌漿套筒裝配式剪力墻，總體剛度始終大于后兩者，滯回曲線也更加飽滿，耗能能力增強，抗震性能獲得顯著提升。