张 俊 英

(中国中建设计集团有限公司山西分公司，山西 太原 030006)

y=αax+(3-2αa)x2+(αa-2)x3。

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y=1.2x+0.2x6。

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暗支撑“一”字形短肢剪力墙非线性分析

张 俊 英

(中国中建设计集团有限公司山西分公司，山西 太原 030006)

依托ABAQUS有限元分析软件，以“一”字形短肢剪力墙较薄弱的抗震构件作为研究对象，建立等效模型并模拟分析了该结构在不同轴压比、不同钢筋配筋率情况下的承载、骨架曲线等关键抗震性能指标，并与试验结果进行了对比，得出了轴压比和配筋率对暗支撑“一”字形短肢剪力墙的抗震性能影响敏度较高的结论。

暗支撑，剪力墙，ABAQUS，抗震性能

0 引言

钢筋混凝土剪力墙暗支撑广泛应用于已建与在建土木工程中，对于其抗震性能与力学特征，国内外学者做了大量研究[1,2]，如北京工业大学曹万林教授等已完成了大量的抗震试验，试验表明暗支撑在剪力墙中能起到销栓作用，限制了斜裂缝发展，加了暗支撑的剪力墙上有较高的延性和耗能能力。

本文利用ABAQUS有限元软件钢筋混凝土带暗支撑“一”字形截面短肢剪力墙试验，通过与试验结果对比，以验证软件模拟的可行性，进而分析带暗支撑“一”字形短肢剪力墙的抗震性能。同时考虑不同轴压比及不同暗支撑钢筋配筋率的条件下，“一”字形暗支撑剪力墙结构非线性数值模拟计算。

1 模型建立

1.1 本构关系

本文选用GB 50010—2010混凝土结构设计规范中规定的混凝土本构模型，混凝土单轴受压的应力—应变可按下列公式确定：

当x≤1时:

y=αax+(3-2αa)x2+(αa-2)x3。

当x>1时：

其中，fc,r为混凝土的单轴抗压强度代表值，其值可取fc或fcm；εc,r为单轴抗压强度相应的混凝土峰值压应变；αa，αd为混凝土单轴受压应力—应变曲线下降段的参数值。混凝土单轴受拉应力—应变表达式，即：

当x≤1时：

y=1.2x+0.2x6。

当x>1时：

其中，ft,r为混凝土的单轴抗拉强度代表值,其值可取ft或ftm；εt,r为与单轴抗拉强度代表值相应的混凝土峰值拉应变；αt为混凝土的单轴受拉应力—应变曲线下降段参数值。

经过计算可以得出C30混凝土的单轴受压应力—应变关系曲线、受拉应力—应变关系曲线如图1，图2所示。

常用的钢筋的应力—应变曲线有完全弹塑性的双直线模型、描述完全弹塑性加硬化的三折线模型和描述弹塑性的双斜线模型。这里选用第一种模型，表达式如下：

当εs≤εy时，σs=Esεs。

当εy≤εs≤εs,h时，σs=fy。

其中，fy为钢筋强度设计值;εy为钢筋屈服应变;εs,h为钢筋强化点起点应变;Es为钢筋弹性模量。

1.2 模型参数

采用ABAQUS/Explicit模块，以文献其中一个钢筋混凝土带暗支撑“一”字形截面短肢剪力墙模型为例，该模型如图3所示，与原型的缩尺比为1∶2。模型中剪力墙采用细石混凝土制作，设计强度为C30。钢筋力学性能见表1。暗支撑纵筋为4φ8。

表1 钢筋力学性能

以分离式方法建立了对应的有限元计算模型，混凝土剪力墙采用C3D8R模拟，钢筋采用Truss单元。试验中对模型先施加轴压比为0.2的轴力，然后再施加水平低周反复荷载，加载点距基础表面的高度为900 mm。而数值模拟采用荷载控制和位移控制两种加载方式，首先施加轴力，建模中为了避免应力集中，在施加轴向力处增加了刚性垫块，然后再施加水平位移。

2 计算结果

模拟结果：

1)在单调荷载作用下，剪力墙两个墙角的受力情况有明显不同，受力区域有向暗支撑方向移近的趋势。表现为在受拉一侧的剪力墙墙角应力较小；受压一侧的剪力墙墙角应力较大，出现应力集中现象。

由此可知，这是因为在试件顶端施加的轴向力在剪力墙体内产生的压应力与由水平推力引起的拉应力相互抵消的原因。

2)剪力墙体底部暗支撑钢筋应力比分布钢筋先进入屈服状态，说明暗支撑可以有效地加强墙体抵抗水平荷载的第一道防线，能有效提高抗震性能。

3 与实验结果对比

由非线性有限元计算分析所得到的荷载位移曲线与试验中提取出来的骨架曲线的对比如图4所示。

可以看出ABAQUS模拟暗支撑剪力墙是合理可行的。在加载前期，试验曲线与计算曲线基本吻合；在加载后期，特别是到屈服阶段以后，由于屈服刚度比实验值稍大，以致计算分析出的位移值偏小，而承载力与试验值大体相同，分析其原因主要有以下三点：

1)复杂应力状态下，在ABAQUS中，混凝土的实际破坏形态没有得到塑性损伤模型较好的反应；

2)试验与有限元计算的加载方式不同，计算时单调水平加载，而试验是低周反复加载；

3)ABAQUS中忽略了加载后期钢筋的粘结滑移情况。

4 影响因素的数值计算和分析

4.1 轴压比

在其余参数均相同的条件下，以轴压比分别为0.1，0.2，0.4实行有限元非线性解析。其位移荷载曲线如图5所示。结果表明：随着轴压比的增大，暗支撑剪力墙的抗剪承载力有显著的提高，不过其延性有所下降。说明轴压比对暗支撑剪力墙的抗震性能影响很大。

4.2 暗支撑配筋率

分别考虑剪力墙暗支撑钢筋为φ8，φ10，φ12的情况。图6为不同暗支撑钢筋时的荷载位移曲线。从图6可以看出，随着暗支撑钢筋率的增大，带暗支撑剪力墙的承载力显著提高，延性也有所增强。同时，受力区域向暗支撑倾角逼近的趋势也愈加明显。

5 结语

1)采用分离式有限元模型对带暗支撑一字形短肢剪力墙进行了静力非线性数值模拟。与试验结果的对比表明，在加载前期，试验曲线与计算曲线基本吻合；在加载后期，特别到屈服阶段以后，由于屈服刚度比实验值稍大，以致计算分析得出的位移值偏小，而承载力与试验值大体相同。同时剪力墙的受力区域有向暗支撑倾角逼近的趋势。

2)在其余条件不变的情况下，轴压比越大，暗支撑剪力墙的承载力提高越显著，但是延性有所下降。

3)在其余条件不变的情况下，随着暗支撑配筋率的增大，暗支撑剪力墙的承载力提高显著，并且延性也有所增强。

[1]曹万林，张建伟.带暗支撑低矮剪力墙抗震性能试验及承载力计算.土木工程学报，2004，37(3):44-51.

[2]曹万林，董宏英.钢筋混凝土带暗支撑双肢剪力墙抗震性能试验研究.建筑结构学报，2004，25(3):22-28.

[3]王金昌，陈页开.ABAQUS在土木工程中的应用.杭州：浙江大学出版社，2006.

[4]曹万林，杨兴民.钢筋混凝土带暗支撑一字形截面短肢剪力墙抗震性能试验研究.世界地震工程，2004，20(4):30-35.

[5]GB 50010—2010，混凝土结构设计规范.

Nonlinear analysis of I-shaped short pier shear wall with concealed bracings

Zhang Junying

(ShanxiBranch,ChinaConstructionEngineeringDesignGroupCorporationLimited，Taiyuan030006,China)

The paper investigates the relatively weak seismic system components of I-shaped short pier shear wall based on ABAQUS software. The components’ equivalent model are established, which are used to analyze their key seismic specification such as bearing capacity and skeleton curve, under different axial compression ratio and reinforcement proportion of the concealed bracings. Comparison of simulation results and experiments indicates that axial compression ratio and reinforcement proportion of the concealed bracings are main factors that influence the seismic specification of I-shaped short pier shear wall.

concealed bracings, shear wall, ABAQUS, seismic behavior

1009-6825(2015)01-0047-02

2014-10-24

张俊英(1979- )，女，工程师

TU398.2

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