開圓形洞口整體墻和小開口整體墻的研究

趙 青 趙 軍

(安陽工學院 安陽 455000)

開圓形洞口整體墻和小開口整體墻的研究

趙 青 趙 軍

(安陽工學院 安陽 455000)

為了研究開圓形洞口整體墻和小開口整體墻，采用圓形洞口與正方形洞口進行對比分析。分別將圓形洞口等效為邊長為直徑的正方形、等面積正方形和圓內(nèi)接正方形對比頂點位移。結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，進行慣性矩計算；采用無洞口的橫截面面積乘以洞口削弱系數(shù)，進行截面面積計算。

圓形洞口；整體墻；小開口整體墻

隨著我國經(jīng)濟的迅猛增長，我國居民對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)剪力墻的開洞率對其受力性能的影響分為整體墻（包括小開口整體墻）和聯(lián)肢墻。整體墻和小開口整體墻整體性較強，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)肢墻不適合設置圓形洞口。因此，研究開圓形洞口的整體墻和小開口墻的位移計算。

1 整體墻和小開口整體剪力墻頂點側移

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，正應力為直線規(guī)律分布。當整體墻上無洞口時，材料采用彈性變形范圍內(nèi)的小變形特性，按照虛功原理計算，整體墻的頂點側移包括兩部分：彎曲側移和剪切側移。當整體墻上有洞口時，洞口對彎曲側移的影響采用有洞與無洞截面慣性矩沿豎向的加權平均值 ；洞口對剪切側移的影響采用無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位移公式為∶[1]

第一項為彎曲變形對側移的影響，第二項為剪切變形對側移的影響。對比無洞口時的公式，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洞截面慣性矩沿豎向的加權平均值：[1]

對于整體墻和小開口墻，剪切對側移的影響極小，圓形洞口仍可以采用無洞口的橫截面面積乘以洞口削弱系數(shù)。

各段的開洞部分的慣性矩及相應高度的取值針對的是方形洞口，對于圓形洞口，各段開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的截面慣性矩，相應高度采用直徑或等效正方形邊長。

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,對層高為3m的10層雙肢對稱剪力墻進行計算分析，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，剪應力不均勻系數(shù)采用1.2。墻體均為整體墻和整體小開口墻，并且洞口居中布置。

對于測序得到的序列信息，首先根據(jù)PE reads之間的Overlap關系，將Hiseq測序得到的雙端序列數(shù)據(jù)進行拼接以獲得完整的一條序列Tags，同時對Reads的質量和拼接的效果進行質控過濾。之后利用不同軟件進行數(shù)據(jù)分析，如QIIME軟件進行OTU劃分，基于Silva和UNITE分類學數(shù)據(jù)庫對OTU進行分類學注釋分析、利用MEGAN軟件分析樣品中所有微生物的進化關系和豐度差異，利用Mothur軟件對樣品進行Alpha多樣性指數(shù)評估等。

2.2 正方形洞口的邊長和頂點位移

選取一組洞口邊長為a的正方形洞口，建立有限元模型進行分析，正方形洞口尺寸、頂點位移和開洞率見表1.1。

表1 .1 正方形洞口尺寸、頂點位移和開洞率

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a 相等，圓形洞口直徑、頂點位移和開洞率見表1.2。

表1 .2 圓形洞口直徑D1、頂點位移和開洞率

2.4 直徑為D2的圓形洞口

表1 .3 圓形洞口直徑D2、頂點位移和開洞率

2.5 直徑為D3的圓形洞口

按照圓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、頂點位移和開洞率見表1.4。

表1 .4圓形洞口直徑D3、頂點位移和開洞率

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2.6 正方形洞口頂點位移有限元值和理論值

對正方形洞口頂點位移的有限元值與理論值對比，見表1.5.

表1 .5 正方形洞口頂點位移有限元值和理論值對比

對于整體墻，頂點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算，對于小開口整體墻，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圓形洞口的頂點位移對比

分別將正方形洞口的頂點位移與洞口直徑為D1、D2、D3的圓形洞口的頂點位移進行對比，見表1.5、表1.6、表1.7，并將頂點位移用圖1.1分析。

表1 .5 正方形與直徑為D1圓形洞口頂點位移偏差對比

表1 .6 正方形與直徑為D2圓形洞口頂點位移偏差對比

表1 .7 正方形與直徑為D3圓形洞口頂點位移偏差對比

由上可知，洞口直徑為D2的圓形洞口的頂點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行理論計算。

2.8 圓形洞口頂點位移有限元值和理論值對直徑為D2的圓形洞口頂點位移的有限元值與理論值對比，見表1.8。

圖1 .1 正方形洞口頂點位移與圓形洞口頂點位移對比

表1 .8 洞口直徑為D2圓形洞口的頂點位移有限元值和理論值對比

由上可知，無論對于整體墻，還是小開口整體墻，頂點位移的理論值與有限元值相差不大。主要原因是開圓形洞口的剪力墻的整體性能比開方形洞口的整體性強。

對直徑為D3的圓形洞口頂點位移的有限元值與理論值對比，見表1.9。

表1 .9 洞口直徑為D3圓形洞口的頂點位移有限元值和理論值對比

由上可知，對于整體墻，頂點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算，對于小開口整體墻，采用理論值乘以1.2。

3 結論

由圖1.1可知：直徑為D2圓形洞口的頂點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，再對矩形截面剪力墻進行有限元分析中，將剪力墻分為整體墻和小開口整體墻，整體墻直接用理論公式計算，對于小開口整體墻，采用理論值乘以1.2。由表1.9可知：直徑為D3圓形洞口的頂點位移的有限元值與理論值的偏差不大于20%。因此，對于圓形截面，應采用內(nèi)接正方形作為等效矩形截面，進行慣性矩Iq計算。對于整體墻直接用理論公式計算，對于小開口整體墻，采用理論值乘以1.2。

[1]包世華，張銅生.高層建筑結構設計和計算[M] .北京：清華大學出版社，2005

[2]江見鯨，陸新征.混凝土結構有限元分析[M] .北京：清華大學出版社，2013

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1007-6344（2017）01-0246-02

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