刘晓凤，杨冬末，金　晶

(1.安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥　230022；2.合肥宸源建设工程有限公司，安徽 合肥　230601)



现浇剪力墙的性能研究

刘晓凤1，杨冬末2，金晶1

(1.安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥230022；2.合肥宸源建设工程有限公司，安徽 合肥230601)

为研究现浇剪力墙在不同轴压比下的受力性能，用有限元软件ANSYS对现浇剪力墙体进行了模拟分析。通过模拟，分别获得现浇剪力墙在不同轴压比作用下改变侧面荷载值的荷载-位移曲线，然后将模拟结果与尺寸和配筋率相同的试验结果进行对比。将模拟结果与实验结果对比表明：开裂荷载、屈服荷载和极限荷载都随着轴压比的增大而增大。

现浇剪力墙；ANSYS；轴压比；荷载。

0　引　　言

现浇整体剪力墙体是工程中的最常用的一种形式,也是设计及施工人员最为熟悉的一种结构形式。现浇剪力墙具有工艺简单、整体性好、刚度大等优点。然而人们对这种结构的诸多特点,如抗震性、整体性的研究并不深入。本文采用ANSYS软件对现浇剪力墙体进行模拟分析,在有限元软件的基础上,研究该类结构在不同轴压比及侧边荷载作用下其各阶段的位移变形,并与已有的实验数据进行对比,为现浇剪力墙体的设计提供依据。

1　现浇剪力墙体的计算模型与模拟

本文中钢筋与混凝土单元采用分离式的建模方式,分别采用solid65和link8来模拟混凝土和钢筋单元。分离式建模能更好的模拟剪力墙体的受力情况,混凝土及钢筋单元的应力应变及挠度可以分别直接得出。在分离式单元中,混凝土及钢筋单元在网格划分完毕后要注意节点的共用,这样才能保证单元尺寸的大小。通过耦合压缩节点,可以传递混凝土及钢筋单元的应力及位移,保证这两种单元协同工作。

钢筋混凝土现浇剪力墙的尺寸为2800mm×2000mm×200mm，如图1所示。混凝土强度等级均采用C30。短向2000，共设置19根钢筋，长向2800mm，共设置27根钢筋，钢筋为HRB400，直径为8mm，横截面积记为50.24mm2。

现浇剪力墙通过2个对角点的X、Y、Z的坐标进行建立,然后通过扫掠的方式对体进行划分,将体划分为规格一致的六面体单元形式,共形成2240个单元。如图2所示。

现浇墙体的钢筋单元通过1026个节点建立后连接生成1960个钢筋单元。如图3所示。

图1现浇墙的尺寸

图2现浇墙体的网格划分模型

图3钢筋单元模型

C30混凝土及HRB400钢筋的材料属性参数设置如表1所列。

表1　C30混凝土与HRB400钢筋材料参数一览表

对现浇墙体的荷载施加分为2步进行:

(1)首先施加竖向荷载,因为要对比不同轴压比下现浇墙体的荷载-位移关系曲线,所以在墙体的模拟选取四个不同的轴压比数值:0、0.1、0.15、0.2,对应的面荷载0MPa、1.91MPa、2.86MPa、3.82MPa。竖向荷载加载完成后保持不变然后继续加载水平荷载。

图4墙体侧面加载荷载值

图5现浇墙体的加载图

(2)在侧面加载。为避免水平荷载在施加的过程中对墙体产生应力集中现象,导致构件提前产生破坏,把荷载直接加载于墙体的侧面上,通过逐级加载的方式进行加载,为与实验数据进行对比,每级荷载增加50kN,共加载20级,直至构件破坏为止。加载级数如图4所示。

加载过程中先对现浇墙体及钢筋进行耦合,然后对墙体施加约束后再进行加载,示意图如图5所示。

2　现浇剪力墙体的模拟结果汇总及分析

将现浇墙体在加载所过程中不同轴压比作用下所产生的位移变形汇总如表2所列。

表2　现浇墙体荷载-位移表　 mm

墙体产生开裂时的等效应力云图,如图6示。

图6　墙体产生开裂时应力云图

墙体在不同轴压比及荷载作用下所产生的变形用origin软件汇总,如图7所示。

图7　浇墙体荷载-位移变形汇总曲线

通过图6墙体开裂时的应力云图和图7浇墙体荷载-位移变形汇总曲线可见:① 现浇剪力墙及叠合式剪力墙在水平荷载作用下最大的变形主要集中在与基础相连接的截面附近,且塑性范围较小。② 在受力刚开始时,墙体都处于弹性阶段,荷载-位移变形曲线呈线性状态,在四种轴压比作用下荷载-位移曲线的走向一致。③ 当墙体产生开裂以后,荷载位移曲线开始出现明显的转折点,曲线斜率减小。随着荷载的不断增加,钢筋开始产生屈服,荷载-位移曲线再次出现明显的转折点,直至结构破坏。④ 在轴压比小于0.15时,开裂荷载Pcr、屈服荷载Py和极限荷载Ppk都随着轴压比的增大而显著增大;当轴压比大于0.15时,各轴压比下开裂荷载Pcr、屈服荷载Py和极限荷载Ppk将趋于一致。

3　现浇剪力墙体的模拟结果与试验结果分析

文献[1]中对现浇剪力墙进行了实验分析,得出了现浇剪力墙的荷载-位移实验结果。将本文的模拟结果与文[1]中的实验结果进行比较,如表3所列。

表3　墙体(轴压比为0.1)模拟特征值与实验值对比

注:试验值取自文[1]。

将轴压比N=0.1的模拟特征值与实验值对比得知试验值较模拟结果偏大,其中开裂荷载值偏大27%,屈服荷载值偏大5.9%,极限荷载值偏大6.7%。

4　结　　论

根据上述分析,得到的结论如下:

(1)剪力墙在荷载作用下的变形位置。现浇剪力墙及叠合式剪力墙在水平荷载作用下最大的变形主要集中在与基础相连接的截面附近。

(2)模拟特征值与轴压比的关系。在轴压比小于0.15时,开裂荷载Pcr、屈服荷载Py和极限荷载Ppk都随着轴压比的增大而显著增大;当轴压比大于0.15时,各轴压比下开裂荷载Pcr、屈服荷载Py和极限荷载Ppk将趋于一致。

(3)模拟特征值与试验结果关系。将轴压比N=0.1的模拟特征值与实验值对比得知试验值较模拟结果偏大,其中,开裂荷载值偏大27%,屈服荷载值偏大5.9%,极限荷载值偏大6.7%。

[1]吴志新.叠合式剪力墙板的抗震性能试验研究及有限元分析[D].安徽建筑工业学院,2010.

[2]刘运林.双向叠合楼板拼缝处受力机理试验研究与数值模拟[D].合肥工业大学,2014.

[3]周鲲鹏.PK预应力双向叠合楼板的试验研究与应用[D].湖南大学,2006.

[4]华和贵.钢筋混凝土拼接叠合板试验研究与非线性数值模拟[D].合肥工业大学,2009.

[5]胡国良.ANSYS13.0有限元分析[M].北京：国防工业出版社,2012.

[6]许东.钢筋混凝土叠合板拼接构造试验研究与数值模拟[D].合肥工业大学,2014.

[7]翟伟,张伟林,沈小璞.拼接叠合楼板抗弯性能研究[J].安徽建筑大学学报,2015,(1):6-12.

(责任编辑胡进)

The performance of the cast-in-place shear wall

LIU Xiao-feng,YANG Dong-mo,JIN Jing

(1.School of Civil Engineering,Anhui Jianzhu University,Hefei 230022,China 2.Hefei Chenyuan Construction Engineering Company,Hefei 230601,China)

In order to study the cast-in-place shear wall under axial compression ratio of the force performance ,using ANSYS software analysis of cast-in-place shear wall is simulated.Through simulation,respectively cast-in-place shear wall in not under the action of axial compression ratio change lateral load values of the load - displacement curve,and then the simulation results with same size and steel ratio of the test results were compared.The simulation results compared with the experimental results show that the cracking load,yield load and ultimate load increases with the increase of axial compression ratio.

cast-in-place shear wall; ANSYS; Axial compression ratio; the load

2016-03-10；

2016-03-15

刘晓凤(1989-)，女，硕士研究生，安徽淮北人，从事土木工程研究。

10.3969/j.issn.1671-6221.2016.03.002

TU227

A

1671-6221(2016)03-0005-04