利用ANSYS 分析剪力墻洞口位置的影響

榮 杰

(山西八建集團有限公司，山西 太原 030027)

利用ANSYS 分析剪力墻洞口位置的影響

榮 杰

(山西八建集團有限公司，山西 太原 030027)

以矩形洞口剪力墻為例，利用大型有限元軟件 ANSYS 分別對洞口水平位置和豎向位置不同時的模型進行了分析，詳細分析了剪力墻在相同荷載作用下剪力墻剛度、荷載—位移曲線等情況，得出了一些有意義的結(jié)論。

洞口，剪力墻，剛度

隨著社會的發(fā)展，高層建筑的使用功能越來越多樣性。為了滿足建筑功能的多樣性，不可避免的需要在剪力墻上開設(shè)洞口。洞口的出現(xiàn)必定會對剪力墻結(jié)構(gòu)的橫向剛度、應(yīng)力分布和應(yīng)力的大小有一定程度的影響。所以對鋼筋混凝土剪力墻上開洞的相關(guān)問題展開研究很有意義。由于剪力墻截面寬度較大，更接近于二維構(gòu)件，從理論上來講剪力墻結(jié)構(gòu)的計算不能再通過材料力學的知識來分析[1]，而應(yīng)該從彈性力學的角度進行分析(分析范圍為線彈性范圍)。對于不開洞剪力墻結(jié)構(gòu)從理論上來講是可以通過彈性理論來解決，但是實際計算情況往往是行不通的，這是因為混凝土材料的不確定性，以及帶裂縫工作條件，使其很難滿足彈性理論分析問題的前提條件。所以利用大型有限元軟件 ANSYS分別對洞口水平位置和豎向位置不同時的模型進行分析更能得出準確的結(jié)論。

1 模型的建立

1.1 模型參數(shù)設(shè)置

首先建立帶洞口(長1 400 mm，高2 000 mm)剪力墻模型，再

將洞口形心沿軸線分別上下移動500 mm，左右移動400 mm得到4個不同的模型，如圖1～圖5所示。模型混凝土材料采用Solid65單元，選用C30混凝土；鋼筋采用Link8單元，選用HPB300型鋼筋,縱向鋼筋配筋率為1.2%，橫向鋼筋配筋率為0.6%。建模過程中不考慮混凝土應(yīng)力松弛現(xiàn)象，混凝土開裂情況下的剪力傳遞系數(shù)選取0.5，閉合情況下的剪力傳遞系數(shù)選取0.95?？紤]混凝土開裂現(xiàn)象，混凝土單軸抗拉強度為2.01 N/mm2，不考慮混凝土的壓潰現(xiàn)象，其他參數(shù)都采用 ANSYS的默認值。

1.2 加載方式

豎向荷載選取軸壓比為 0.2，加載于墊梁的頂面。水平荷載通過對5個模型 Q1，Q2，Q3，Q4，Q5分別進行加載運算，選取模型Q3的極限荷載700 kN，分別施加在每個模型上墊梁的左側(cè)，水平向右，水平荷載采取分步加載的方式，逐步施加于墊梁的左側(cè)，每步荷載大小基本保持均勻，加載過程直至模型達到極限承載力或加載完畢為止。

2 水平向位移變形圖的分析

在相同的荷載下，模型 Q1，Q2，Q3，Q4，Q5的水平變形云圖如圖6～圖10所示。由圖6～圖10可以看出：5個模型的水平位移變化規(guī)律基本一致，水平位移從剪力墻頂部到底部均逐漸減小，同一水平高度下的水平位移，右側(cè)墻肢略大于左側(cè)墻肢，最大水平位移在墻頂距加載處較遠的位置產(chǎn)生，墻底左下角處均會產(chǎn)生微小的與水平荷載方向相反的位移。對比模型Q1，Q2，Q3 可以得出，頂點位移：Q3>Q1>Q2，數(shù)值：Q3約為Q1的2倍，Q1約為Q2的2倍。說明洞口位置與水平荷載距離越大，頂點位移越大。對比模型Q4，Q1，Q5,頂點位移：Q4>Q1>Q5，數(shù)值：Q4比Q1大1.253 mm，Q1比Q5 大 2.235 mm。說明洞口位置與豎向荷載距離越大，頂點位移越小。

3 荷載—位移分析

通過模型加載運算可以得出每個模型各子步所對應(yīng)最大位移的具體數(shù)值。由于水平荷載是單調(diào)增加的，根據(jù)各子步對應(yīng)的

時間可以換算出所對應(yīng)的荷載，詳見表1。

表1 荷載—位移表

由表1可以看出，模型Q1，Q2，Q3，Q4，Q5的荷載—位移變化規(guī)律基本一致，都是隨荷載增大位移有所增大。在加載初期的位移隨荷載增大也表現(xiàn)為線性發(fā)展的規(guī)律，當荷載增大到一定程度，曲線的斜率發(fā)生改變，有明顯減小的趨勢。

4 結(jié)語

1)在相同荷載作用下，隨著洞口位置水平距離荷載作用點越近，剪力墻頂點位移明顯越小，剪力墻等效剛度明顯增大。2)在相同荷載作用下，隨著洞口位置豎向距離荷載作用點越遠，剪力墻頂點位移越小；剪力墻等效剛度略微增大。3)洞口位置水平改變對剪力墻剛度和最大位移的影響比豎向改變的影響明顯的多。

[1] 徐培福，趙西安，郝銳坤，等.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：科學出版社，1982：238-255.

[2] 李 杰.洞口大小及形狀對剪力墻剛度影響的分析[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2010,20(17):190-192.

[3] 馬 銀，馮仲齊.不規(guī)則開洞對剪力墻承載力的影響[J].工程結(jié)構(gòu)，2010，30(2)：49-50.

[4] 楊宗仁.樓板開洞對鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)抗震性能的影響[D].太原:太原理工大學，2013.

[5] 馮 璀.雙T型短肢剪力墻的有限元分析[D].太原:太原理工大學，2013.

On influence of shearing wall hole location with ANSYS

RONG Jie

(ShanxiNo.8ConstructionGroupCo.,Ltd,Taiyuan030027,China)

Taking the rectangle hole shearing walls as the example, the paper adopts the large-scale finite element software, ANSYS, to analyze the horizontal and vertical models of holes, mainly analyzes the shearing wall stiffness, and loading-displacement curve of shearing walls under the same loading effect, and achieves valuable conclusions.

hole, shearing wall, stiffness

1009-6825(2014)28-0036-02

2014-07-21

榮 杰(1966- )，男，工程師

TU312

A