临界肢长比型钢混凝土剪力墙受力性能探究

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1、临界肢长比型钢混凝土剪力墙受力性能探究　　摘要：基于临界破坏时数值模拟应力分布，深入分析了临界肢长比L形截面型钢混凝土剪力墙的承载能力、延性和滞回性能等受力性能，为实际工程应用设计提供参考。关键词：临界破坏；型钢混凝土；数值模拟Abstract:thecriticalfailurestressdistributionbasedonnumericalsimulation,thecriticallimblongerthantheLshapedsteelreinforcedconcreteshearwall,bearingcapacity,ductilityand

2、hystereticperformancestressperformanceanalysis,provideareferenceforpracticalengineeringapplicationdesign.Keywords:criticalfailure;steelreinforcedconcrete;numericalsimulation中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)1.引言8一般来说，当剪力墙的截面厚度不大于300mm，各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8时为短肢剪力墙，不在此范围的剪力墙则为普通

3、剪力墙[1]。当剪力墙的墙肢高厚比大于7.5但小于8.5时，可将此类剪力墙定义为临界肢长剪力墙。临界肢长剪力墙肢长较短，布置方便，能够减轻结构自重，降低成本，因此被广泛应用于高层建筑中，它可以使室内方正合理，但是对其的研究一直是工程先于理论，限制了其使用，其受力性能的优劣仍然存在争议。尤其是对于L形临界肢长比剪力墙本身的不对称性，使之较一字形、T形临界肢长比型钢混凝土剪力墙更为复杂。本文采用非线性有限元软件ANSYS数值模拟对L形临界肢长比型钢混凝土剪力墙结构在单调及循环荷载作用下的受力性能进行了系统研究。2.建立有限元分析模型2.1试件设计8根据《高层混凝

4、土结构技术规程》[1]的规定及常见的工程实例，进行了临界肢长比型钢混凝土剪力墙试件的设计。试件的H型钢材料选用Q345钢，弹性模量Es=206000Pa，泊松比0.3。混凝土强度为C40，抗压强度设计值为19.1MPa，抗拉强度设计值为1.71MPa，泊松比0.2。剪力墙截面尺寸为300mm×2400mm，高2800mm。墙顶施加了轴力向压力3.82N/mm2，形成0.2轴压比。《型钢混凝土组合结构技术规程》[2]8.2.2条规定：钢筋混凝土剪力墙端部配置的型钢，其混凝土保护层厚度宜大于50mm；水平分布钢筋应绕过或穿过墙端型钢，并满足锚固长度要求。根据该条

5、规定，本文选用的H型钢尺寸为150×150×7×10mm，保护层厚度为75mm，满足规范要求。为了保证剪力墙面外稳定性，型钢的摆放方式为强轴与剪力墙长度方向平行。墙体的纵向分布钢筋为14@150，配筋率为0.68%，水平分布筋为14@150，配筋率为0.68%。在计算暗柱体积配筋率和端部暗柱含钢量时假定暗柱面积取b×h=300×300mm。试件在剪力墙端部暗柱设置纵向受力钢筋配筋率为1.3%，箍筋体积配筋率为1.0%，暗柱含钢率为4.5%。2.2有限元模型的建立2.2.1材料模型和网格划分（1）材料模型混凝土的应力－应变关系采用RüschH[3]建议的模型，

6、公式如下。如图1所示。当时，（3.1）当时，（3.2）图1混凝土应力－应变关系图2型钢应力－应变关系图3钢筋应力－应变关系型钢的应力－应变关系采用双折线的随动强化模型，曲线如图2所示。钢筋采用的模型为描述完全弹塑性的双直线模型，曲线如图3所示。当时，（3.3）当时，（3.4）8式中：为钢筋强度设计值；、分别为钢筋屈服应变和强化起点应变；为钢筋弹性模量。（2）网格划分采用扫略单元网格划分方式，人为控制网格划分的精度。为了合理地模拟计算型钢混凝土剪力墙结构受力性能，同时不增加计算时间，划分单元时对受力和塑性变形相对较大的区域进行网格局部调整，单元各方向尺寸比控制

7、在5以内，这样就能很好的模拟计算构件的复杂应力。试件中考虑到模型最小尺寸、收敛计算、计算时间等因素将单元尺寸定义为50mm。2.2.2边界条件、加载方案和求解设置（1）边界条件在模型中约束了剪力墙底部结点所有方向的自由度，即假定墙底与地面为理想刚接，并在墙顶端施加位移荷载。此外在墙顶施加了轴力向压力3.82kN/mm2，形成0.2轴压比。水平荷载施加在剪力墙的顶部，对应的墙顶面所有结点进行方向位移耦合，此时程序产生一个主结点，外力以位移的方式施加于位移端面的主结点上，逐步增大直到模型不能承载为止。在剪力墙的顶端施加单调和循环位移荷载。（2）加载方案8加载方案

8、采用下面方法：先得到型钢混凝土短肢剪力墙在单向加载时