纤维增强水泥模板夹芯混凝土复合剪力墙的数值分析

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1、纤维增强水泥模板夹芯混凝土复合剪力墙的数值分析1绪论1.1引言剪力墙结构是一种重要的建筑结构形式，由于其抗侧移刚度大、抗震性能好等特点，在现代建筑结构设计中应用十分广泛。近年来，传统剪力墙工程施工中存在的问题受到越来越多的重视，如施工工艺繁琐、施工周期长、人员劳动量大等，这些缺点都将直接影响施工成本；同时，传统型剪力墙所使用的模板重复使用率较低，造成木材、竹材和钢材等模板源材料的浪费，从而导致自然资源被过度开釆，出现严重的环境问题。因此，为了克服传统剪力墙施工的诸多不足，并考虑建筑节能和环境保护的需要，带有永久性模板的新型剪力墙受到越来越多的研究和应用。永久性模板是一种在绕筑混凝土结构

2、后不予拆除的新型模板，可以与混凝土结构共同组合成受力构件，具有简化施工工序，提高施工速度等优点。本课题组近几年一直致力于对纤维增强水泥模板夹芯混凝土复合剪力墙的研究，这种新型剪力墙是将玻璃纤维增强水泥模板作为永久性建筑模板，饶筑混凝土后形成的夹芯式复合剪力墙，现已对纤维增强水泥模板和剪力墙试件的材料性能、模板与后绕混凝土之间的粘结性能，以及夹芯混凝土复合剪力墙在静力荷载和反复荷载下的工作情况进行了试验研究。本课题拟在已经完成的试验研究基础上，使用大型通用有限元分析软件ABAQUS，通过数值模拟的手段，对纤维增强水泥模板夹芯混凝土复合剪力墙在静力荷载和水平荷载下的受力机理及整体性能作进一

3、步研究。钢筋混凝土结构在目前土木工程领域中的应用十分广泛。在研究其力学性能时，对钢筋混凝土结构的研究，主要通过试验和数值模拟两种手段，试验方法的结果比较直观、可靠，但存在费用高、周期长的问题，而且受试验条件影响大。随着计算机技术的迅速发展，有限元数值模拟日趋成熟，现在已成为研究钢筋混凝土结构力学性能的重要手段。1.2国内外相关研究发展概况在永久性模板的概念提出之后，其应用越来越广泛，随之而来的就是，国内学者对于免拆墙模复合剪力墙体系的研究也越来越多，他们不仅进行大量针对性的试验，而且在对相关材料物理力学性能及制作工艺调研的基础上，运用各种有限元分析软件如ABAQUS、ANSYS等进行数

4、值模拟。山西太原理工大学李珠教授提出一种玻化微珠保温板免拆墙模体系。玻化微珠保温板是由玻化微珠作为主要原料研制成的一种轻型保温墙模板。该种免拆墙模复合剪力墙是由玻化微珠保温板、钢筋网片、高流动性自密实混凝土复合而成的剪力墙体，在施工过程中玻化微珠保温板作为墙体的一部分，形成永久性模板。该体系是薄壁剪力墙与免拆保温墙模的结合。为了进一步研究小剪跨比免拆墙模带缝剪力墙体系的抗震性能，李珠教授和学生应用有限元分析软件ABAQUS对所研究的玻化微珠免拆墙模带缝剪力墙进行非线性有限元分析，主要针对剪跨比为1.43的复合剪力墙在竖向压力作用下的水平加载模拟，通过模拟分析玻化微珠免拆墙模复合剪力墙所

5、反映出的抗震性能，研究其与普通实体剪力墙在破坏模式、刚度及刚度衰减系数、应力特点和延性性能等力学性能上的异同，并与所做的抗震性能试验研究结果对比分析、相互验证，进而揭示其抗震机理，并总结出该类剪力墙在破坏形势、滞回曲线、刚度退化等抗震性能方面的特点和规律。此外，还有很多学者对免拆墙模复合剪力墙体系在抗震性能方面进行了有限元的研究，秦尚松等人利用ANSYS有限元分析软件，针对免拆墙模复合剪力墙构件在竖向压力的水平加载过程进行了有限元模拟，通过研究其承载能力、变形能力等力学性能，得出了免拆墙模复合剪力墙体系比传统剪力墙抗震性能更好的结论。王晓鹏等人对保温墙模复合剪力墙进行了结构抗震动力仿真

6、分析，利用有限元软件ANSYS对该类剪力墙建模分析，研究结果认为，与普通剪力墙结构相比，保温墙模带缝剪力墙结构自重较轻、自振频率较小，因而减轻了结构的地震作用反应。2静力荷载下复合剪力墙的数值模拟及对比分析2.1静力加载试验概况在静力加载试验中，本课题组共设计了五棍短肢剪力墙试件。试件的截面形状均采用一字形，由底座、顶梁和墙体部分组成。所有试件的底座长度均为1800mm,截面为400mmX400mm的矩形；顶梁的长度同墙体宽度，截面为180mmX250mm的矩形；墙体的高度为1000mm，厚度为100mm，墙体宽度分为600mm和80(Mm两种；两侧水泥模板厚10mm，平面尺寸与墙体相

7、同，详细尺寸及配筋情况如图2.1-2.2所示。五棍短肢剪力墙中，Q5墙是普通剪力墙，Q1-Q4墙是纤维增强水泥模板夹芯混凝土复合剪力墙，各剪力墙的实际工况见表2.1。由于Q1和Q3两棍复合剪力墙的工况基本相同，只是Q1墙的支护方式采用了对拉螺杆支护，为简化计算，模拟过程中不考虑模板支护方式的影响，故仅对Q2?Q5墙进行模拟分析。.2.2静力荷载下复合剪力墙有限元模型的建立静力试验中所有复合剪力墙试件的底座材料均选用C30普通混凝土，而顶梁和墙体