冷彎型鋼混凝土剪力墻抗震性能有限元分析

朱 林

(河南理工大學，河南 焦作 454000)

1 概述

隨著建造技術(shù)及相關(guān)建筑企業(yè)快速發(fā)展，剪力墻的應(yīng)用高度也在不斷提高，這對剪力墻抗震性能提出了越來越高的要求。帶暗支撐冷彎型鋼高強混凝土剪力墻不僅符合我國建筑發(fā)展的要求，而且具有自重輕、耗能好、變形能力強等優(yōu)點，適用于高層建筑。曹萬林[1-3]、王玉鐲[4,5]等研究了帶暗支撐剪力墻的抗震性能；劉洪波[6]、周夢杰[7]等研究了高性能混凝土剪力墻的抗震性能。

本文利用有限元軟件ABAQUS對參考文獻[8]的試件進行數(shù)值模擬分析，模擬結(jié)果與試驗吻合較好。在此基礎(chǔ)上，分析剪跨比對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，為該結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用提供參考。

2 幾何模型

該試件由加載梁(截面尺寸：300 mm×300 mm)、基礎(chǔ)梁(截面尺寸：350 mm×450 mm)以及墻體組成，墻體高度為1 290 mm，截面尺寸為800 mm×120 mm。試件澆筑時采用混凝土強度等級為C60。試件尺寸如圖1所示。試件的配筋圖如圖2所示。加載梁頂部按照設(shè)計軸壓比施加豎向軸力，豎向軸力在試驗加載過程中保持不變，施加完軸力然后施加水平荷載。

3 有限元模型

3.1 有限元模型建立

利用有限元軟件ABAQUS建立了參考文獻中試件的數(shù)值分析模型。鋼筋和型鋼采用彈塑性雙折線模型，高強混凝土采用塑性損傷(Concrete Damaged Plasticity)模型。加載梁、地梁以及混凝土墻板網(wǎng)格采用C3D8R，型鋼骨架網(wǎng)格采用S4R，鋼筋骨架采用T3D2。有限元模型如圖3所示。

3.2 試驗與有限元對比分析

3.2.1滯回曲線對比

滯回曲線對比如圖4所示。從圖4可以看出，有限元模擬出來的滯回曲線比試驗得出的滯回曲線要更加飽滿，捏攏效果較輕，主要是模擬過程中忽略了內(nèi)部型鋼骨架、鋼筋骨架與高強混凝土墻板之間的滑移；型鋼和鋼筋本構(gòu)關(guān)系采用的是隨動硬化模型，對試件中鋼材的鮑辛格效應(yīng)考慮的比較理想化，不能夠完全表達出試件中鋼材在循環(huán)荷載作用下的損傷。

3.2.2破壞模式對比

破壞形態(tài)對比圖如圖5所示。從壓縮損傷云圖和拉伸損傷云圖可以看出，模擬剪力墻破壞集中在底部和左右兩側(cè)，與試驗破壞形態(tài)基本一致。

4 剪跨比參數(shù)分析

為研究剪跨比對試件抗剪承載能力以及延性性能的影響，設(shè)置了兩種不同剪跨比的試件(剪跨比分別為1.9，2.0)，與參考文獻中試件(剪跨比為1.8)進行對比分析。試件的編號分別為HRCW-1-1.8-DZ,HRCW-1-1.9-DZ,HRCW-1-2.0-DZ。通過對三種不同剪跨比的剪力墻進行低周反復(fù)數(shù)值模擬，分析剪跨比對剪力墻抗剪承載能力以及延性性能的影響。

4.1 滯回曲線

三個試件的滯回曲線如圖6所示。從圖6可以看出，加載初期，荷載—位移曲線呈直線關(guān)系，滯回環(huán)面積較??；隨著位移的增大，荷載—位移曲線變彎曲，滯回環(huán)面積增大；位移繼續(xù)增大，試件承載力開始下降直至破壞。從圖6中可以看出，試件抗剪承載力隨著剪跨比的提高而減小。

4.2 骨架曲線

三個試件的骨架曲線如圖7所示。從圖7可以看出，加載初期，骨架曲線斜率較大，說明該類型結(jié)構(gòu)具有較好的初始剛度和承載力；隨著位移的增大，骨架曲線變彎曲，剪力墻的水平承載力隨著位移的加載增加變緩；位移繼續(xù)增大，試件水平荷載達到峰值荷載，隨后剪力墻的承載力開始下降直至破壞。三個試件的參數(shù)見表1。

從表1數(shù)據(jù)可得：試件隨著剪跨比的提高，抗剪承載力逐漸降低，延性逐漸提高。

表1 剪跨比分析數(shù)據(jù)

4.3 剛度退化曲線

三個試件的剛度退化曲線如圖8所示。從圖8可以看出，三個試件的剛度退化曲線基本一致，后期剛度退化速度較緩慢。說明該結(jié)構(gòu)具有較好的延性。

5 結(jié)語

1)利用有限元軟件ABAQUS對參考文獻中的試件進行數(shù)值模擬分析，模擬結(jié)果與試驗吻合較好。2)試件隨著剪跨比的提高，抗剪承載力逐漸降低，延性逐漸提高。3)試件的剛度退化速度緩慢說明該結(jié)構(gòu)具有較好的延性。