裝配式剪力墻水平拼縫抗震性能分析

馬 振 袁 偉 于德湖

(1.菏澤規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院，山東 菏澤 274000； 2.青島理工大學(xué)，山東 青島 266000)

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裝配式剪力墻水平拼縫抗震性能分析

馬 振1袁 偉1于德湖2

(1.菏澤規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院，山東 菏澤 274000； 2.青島理工大學(xué)，山東 青島 266000)

考慮裝配式剪力墻水平拼縫處理對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性影響較大，采用有限元軟件ABAQUS,建立了非線性精細(xì)有限元模型，說(shuō)明了單元選取、材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的確定方法，并結(jié)合國(guó)內(nèi)已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了非線性有限元模型的正確性和適用性。

裝配式剪力墻，有限元模型，滯回曲線，延性

隨著裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)日益增多，對(duì)裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的研究也增多。它是將剪力墻在預(yù)制廠預(yù)制好，然后在工藝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接，上下層間剪力墻的連接構(gòu)造通常用套筒灌漿連接、漿錨搭接連接、角鋼焊接、現(xiàn)澆帶連接、后張預(yù)應(yīng)力連接等多種形式，見(jiàn)圖1。

考慮混凝土剪力墻在水平拼縫相連，形成豎向受力體系，那么水平拼縫的設(shè)計(jì)，成為整個(gè)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。如果設(shè)計(jì)不合理，將形成薄弱環(huán)節(jié)，帶來(lái)安全隱患。

本文在結(jié)合國(guó)內(nèi)此類節(jié)點(diǎn)的典型試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用通用有限元軟件ABAQUS,建立裝配式剪力墻水平拼縫的非線性有限元模型，驗(yàn)證提出的有限元模型的準(zhǔn)確性和適用性，為該類型組合節(jié)點(diǎn)的受力性能分析提供有力的依據(jù)和工具。

1 有限元計(jì)算模型

1.1 典型試驗(yàn)

文獻(xiàn)[1]是將裝配式剪力墻試件分為上下兩段，下段預(yù)制墻預(yù)留豎向插筋，上段預(yù)制墻與下段墻插筋對(duì)應(yīng)位置處預(yù)留600 mm,1 000 mm兩種長(zhǎng)度規(guī)格的鍍鋅金屬波紋管，待上、下段墻體豎向插入拼裝就位后，在波紋管道內(nèi)灌注高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料，實(shí)現(xiàn)兩段墻體的漿錨連接，如圖2所示。

1.2 單元選取

針對(duì)以上試件，考慮單元位移求解準(zhǔn)確度、剪切自鎖等情況，對(duì)剪力墻采用空間三維縮減積分實(shí)體單元C3D8R來(lái)模擬，而對(duì)于剪力墻內(nèi)的鋼筋，采用三維桁架單元T3D2來(lái)模擬。

1.3 材料本構(gòu)關(guān)系

1.3.1 鋼筋本構(gòu)

本次模擬采用清華大學(xué)土木工程系結(jié)構(gòu)工程研究所基于ABAQUS開(kāi)發(fā)的PQ-Fiber v2.0材料單軸滯回本構(gòu)模型Usteel02，從而較好的考慮鋼筋的包辛格效應(yīng)。

1.3.2 混凝土本構(gòu)

混凝土的本構(gòu)關(guān)系，是按照GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄C的推薦來(lái)選取。

2 試驗(yàn)與有限元對(duì)比分析

2.1 滯回性能對(duì)比分析

通過(guò)裝配式剪力墻有限元模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果滯回曲線的對(duì)比分析，兩條曲線的變化趨勢(shì)基本一致。當(dāng)位移較小時(shí)，滯回曲線呈線性變化，構(gòu)件處于彈性狀態(tài)(見(jiàn)圖3，圖4)。

2.2 延性、耗能能力對(duì)比分析

各試件主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 各試件主要性能指標(biāo)

在低周反復(fù)作用下通過(guò)裝配式剪力墻有限元模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，它們兩者的各項(xiàng)數(shù)值基本一致，再次驗(yàn)證有限元模擬的正確性。由于試驗(yàn)試件在施工中的振搗不密實(shí)、施工質(zhì)量差、養(yǎng)護(hù)和質(zhì)量管理不到位等原因，會(huì)造成模擬分析的極限位移、極限荷載略高于試驗(yàn)結(jié)果。并且試驗(yàn)剪力墻混凝土的實(shí)際損傷要比有限元模擬的損傷值更為嚴(yán)重，因此試驗(yàn)剪力墻承載力下降要快，位移延性更差。

3 骨架曲線、剛度退化曲線研究

在循環(huán)荷載作用下將各時(shí)間點(diǎn)的峰值點(diǎn)相連，即可形成骨架曲線，它可以表示塑性變形后結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和應(yīng)力的變化路徑。

由圖5，圖6變化圖形上可以看出，有限元模擬剪力墻與試驗(yàn)結(jié)果比較吻合，變化規(guī)律相近?？紤]到構(gòu)件材料先天性的缺陷，試驗(yàn)結(jié)果的初始剛度略低。此外，當(dāng)小位移加載時(shí)，所有構(gòu)件的剛度都會(huì)發(fā)生大幅度的退化。

4 結(jié)語(yǔ)

建立的有限元模型在延性方面與典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果的吻合度較高，驗(yàn)證了模型中采用的單元類型、材料本構(gòu)等參數(shù)的合理性，可以為更近一步的性能分析奠定理論基礎(chǔ)。

[1] 姜洪斌,張海順.預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋錨固性能[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，43(4):28-31.

[2] 朱張峰，郭正興.預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2012，45(1):69-76.

[3] 錢稼茹，彭媛媛.豎向鋼筋留洞漿錨間接搭接的預(yù)制剪力墻抗震性能試驗(yàn)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011，41(2):7-11.

[4] 連 星.疊合板式剪力墻的抗震性能試驗(yàn)分析及理論研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

[5] 劉文清，姜洪斌.插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋搭接連接構(gòu)件:中國(guó)專利，ZL 200820090150.6[P].2009-04-08.

Performance analysis of precast shear wall in horizontal connections

Ma Zhen1Yuan Wei1Yu Dehu2

(1.HezeInstituteofPlanningandArchitecturalDesign,Heze274000,China; 2.QingdaoUniversityofTechnology,Qingdao266000,China)

If precast shear wall with reinforcements grouted in holes and spliced indirectly in horizontal connections was improper treated, the safety had great influence. Efficient and accurate FEM of ABAQUS was proposed for numerical simulation. The selection of elements types, the material stress-strain relationship and damage model were made a detailed description. Non-linear finite element model was approved with existing test.

precast shear wall, finite element model, hysteretic curve, ductility

1009-6825(2017)13-0035-02

2017-02-25

馬 振(1982- )，男，碩士，工程師

TU352

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