EPS模塊剪力墻與普通剪力墻等效關(guān)系分析

滕 達

(河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

0 引言

如今綠色節(jié)能建筑隨著我國低碳環(huán)保理念的日益推進也越來越受到關(guān)注，EPS(Expandable Polystyrenes，簡稱EPS)模塊因為很好地符合綠色節(jié)能建筑要求而被廣泛應(yīng)用。EPS模塊是一種泡沫板材,最大的特點是保溫性能好，還可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)—保溫一體化。在加工過程中依據(jù)施工模數(shù)和相關(guān)規(guī)范等要求，將加熱發(fā)泡后的原材料經(jīng)相應(yīng)工序加工成型。但由于自身芯肋的存在，會造成墻體混凝土的不連續(xù)、削弱鋼筋和混凝土的粘結(jié)作用等不利影響，墻體性能也和實體剪力墻存在區(qū)別，為了更好地研究EPS模塊剪力墻墻體，有必要建立起該種墻體和普通剪力墻墻體之間的等效關(guān)系。

1 Abaqus簡介

Abaqus早期是HKS公司的產(chǎn)品，后被達索公司收購，故也稱為達索Simulia。該軟件的強大之處在于它對非線性問題的分析計算。伴隨著相關(guān)理論與計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，該款軟件逐步克服了使用過程中的各種問題漏洞，得到改進后的軟件如今已趨于完善。Abaqus由Standard，Explicit兩大求解器以及CAE前后處理等核心模塊組成，該軟件提供了一套非常完善的材料模型庫和單元庫，因此被廣泛運用于機械制造、土木工程等領(lǐng)域[1]。在這些領(lǐng)域中，除了可有效地進行沖擊碰撞分析、彈塑性分析、模態(tài)分析等分析外，還能進行各種耦合分析、質(zhì)量擴散分析等[2]，并且結(jié)果較為精確。

2 原EPS模塊剪力試驗基本情況

本文參照文獻[3]中的EPS模塊剪力墻結(jié)構(gòu)試驗,該試驗基本介紹如下。

根據(jù)以往相關(guān)研究，EPS模塊剪力墻抗震性能受高寬比影響較為明顯，為了充分考慮高寬比影響，本文設(shè)置1.2和2的兩組不同高寬比試件。表1和圖1分別給出了原試件的參數(shù)和有限元模型。

表1 原試件參數(shù)

3 等效墻厚模型建立

3.1 材料本構(gòu)

1)混凝土材料本構(gòu)。混凝土本構(gòu)的選取直接關(guān)系到分析計算的準確性和收斂性，本文采用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》附錄C中的混凝土單軸受拉(壓)應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系。

2)混凝土塑性損傷模型。為了更好模擬墻體破壞過程，采用混凝土CDP模型，引入受拉損傷因子dt和受壓損傷因子dc；為了更接近真實破壞，對于損傷部分設(shè)置拉(壓)剛度恢復(fù)系數(shù)(ωt，ωc)，軟件默認ωt=0，ωc=1。

3)鋼筋材料本構(gòu)。選擇彈性—強化模型為鋼筋本構(gòu)關(guān)系模型，把鋼筋應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系看作兩折線段，第一段直線斜率是鋼筋彈性模量，第二段直線斜率為第一折線段斜率的1/100，即Es′=0.01Es。

3.2 加載制度

文獻[3]中的試驗采用力—位移混合控制，有限元模擬時為了加載過程的方便，采用位移控制加載模式[4]，極限位移參照文獻[3]實驗中的極限位移，試算后確定W-1的極限位移取10 mm，W-2的極限位移取14 mm。

3.3 有限元模型建立

為了等效芯肋處不連續(xù)對墻體整體性的削弱，本文采用減小墻厚的方式，用厚度比原墻體稍小的實心混凝土墻體來等效帶孔洞的墻體。通過設(shè)置高寬比分別為1.2(Ⅰ組)和2(Ⅱ組)的有限元模型，Ⅰ，Ⅱ兩組分別取120 mm，115 mm，110 mm，105 mm四個厚度變量，軸壓比和混凝土強度均與原試驗一致，豎向筋和水平筋為直徑8 mm的一級鋼筋，間距300 mm雙向布置，Ⅰ，Ⅱ組等效模型如圖2和圖3所示。

4 結(jié)果分析

在對比分析時，本文著重分析E0(初始剛度)和Pmax(極限承載力)，表2給出了原EPS模塊剪力墻的相關(guān)力學(xué)指標，其中Δy為屈服位移；Δu為極限位移；μ為延性。

表2 原試驗的相關(guān)力學(xué)指標

圖4和圖5給出了Ⅰ組和Ⅱ組墻體的剛度退化曲線和骨架曲線。

表3給出了等效模型主要力學(xué)指標與偏差。

由表3和圖4可得，在Ⅰ組墻體中，當?shù)刃裨?20 mm，115 mm,110 mm范圍時，等效后E0和原試件E0相比分別高出9.56%，5.88%，2.94%，由此可見，在一定范圍內(nèi)，Ⅰ組墻體存在E0隨等效厚度的減小而降低的規(guī)律，并且在該范圍內(nèi)，均大于原墻體E0；但是，當?shù)刃駷?05 mm時，和原墻體相比，卻存在E0減小的現(xiàn)象。

表3 等效模型主要力學(xué)指標

當?shù)刃裨?20 mm，115 mm，110 mm，105 mm范圍內(nèi)，等效后Pmax和原試件Pmax相比分別高出28.7%，23.12%，19.40%，15.53%，由此可見，在一定范圍內(nèi)，Ⅰ組墻體存在Pmax隨著等效厚度的減小而降低的規(guī)律。

由表3和圖5可知，在Ⅱ組墻體中，當?shù)刃駷?20 mm和115 mm時，等效后E0和原試件E0相比分別高出2.88%和0.41%，當?shù)刃駷?10 mm和105 mm時，等效后E0和原試件E0相比卻分別低3.7%和7.82%。

當?shù)刃駷?20 mm和115 mm時，等效后Pmax和原試件Pmax相比分別高出4.04%和0.69%，當?shù)刃駷?10 mm和105 mm時，等效后Pmax和原試件Pmax相比卻分別低1.95%和6.28%。

5 結(jié)語

將帶有均勻孔洞的EPS模塊剪力墻體用厚度稍薄的同種混凝土強度實心墻體代替是可行的。從兩種不同高寬比的模型擬合情況來看，建議在其他條件恒定下，用厚度為110 mm的實心墻體代替EPS模塊剪力墻。