鋼筋連接方式對(duì)剪力墻平面外剛度的影響,建筑工程論文

鋼筋連接方式對(duì)剪力墻平面外剛度的影響,建筑工程論文內(nèi)容摘要：利用ABAQUS對(duì)豎向鋼筋連接方式不同的預(yù)制剪力墻進(jìn)行建模,比照分析其平面外性能。豎向鋼筋連接方式分別為雙排逐根連接、梅花形部分連接及單排連接。結(jié)果表示清楚,剪力墻平面外毀壞屬于脆性毀壞,墻身與地梁脫開,有傾覆趨勢(shì),但平面外仍具有一定的承載能力和剛度。豎向鋼筋連接方式不同對(duì)預(yù)制剪力墻平面外承載力和剛度均有較大影響,由逐根連接改為部分連接其平面外極限承載力下降約15%,與現(xiàn)澆比照差距較大,剛度退化速度也大于現(xiàn)澆。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：ABAQUS軟件;預(yù)制剪力墻;平面外;剛度退化;0前言裝配式混凝土建筑相較于傳統(tǒng)建筑而言具有產(chǎn)品質(zhì)量易把控、工業(yè)化生產(chǎn)效率高、對(duì)環(huán)境污染較小等優(yōu)勢(shì)，符合我們國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的方向。當(dāng)前,應(yīng)用最廣泛、最便捷的連接方式是套筒灌漿連接。錢稼如[1]等通過(guò)試驗(yàn)得出套筒灌漿預(yù)制剪力墻試件的剛度、耗能能力與現(xiàn)澆剪力墻試件基本一致。國(guó)外也有研究證明灌漿套管連接的拉伸性能能夠知足工程抗震需求[2]。大量的試驗(yàn)研究證明預(yù)制剪力墻構(gòu)件平面內(nèi)抗震性能與現(xiàn)澆構(gòu)件相當(dāng)，但對(duì)剪力墻平面外性能的研究分析相對(duì)較少。焦安亮[3]等通過(guò)試驗(yàn)對(duì)環(huán)筋扣合連接剪力墻平面外抗折性能進(jìn)行研究。剪力墻作為有一定厚度的構(gòu)件，其平面外應(yīng)具有一定剛度。因而，本文利用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)四種豎向鋼筋連接方式不同的預(yù)制剪力墻及現(xiàn)澆剪力墻進(jìn)行建模分析，研究其平面外承載力、剛度等發(fā)展規(guī)律，探究豎向鋼筋連接方式的不同對(duì)預(yù)制剪力墻平面外剛度產(chǎn)生的影響。1有限元模型建立及驗(yàn)證1.1有限元模型建立為驗(yàn)證所建有限元模型的合理性，對(duì)文獻(xiàn)[4]中的PSW-1試件進(jìn)行建模分析，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比照。試件剪力墻PSW-1截面尺寸及配筋如此圖1所示，設(shè)計(jì)軸壓比0.1。圖1PSW-1剪力墻截面尺寸及配筋圖〔mm)1.1.1單元選用及網(wǎng)格劃分混凝土采用C3D8R單元，鋼筋選用T3D2單元，套筒選用S4R單元。分區(qū)域劃分網(wǎng)格。1.1.2材料本構(gòu)本文中混凝土材料本構(gòu)關(guān)系選用GB500102018(混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范〕中附錄C提供的混凝土單軸應(yīng)力應(yīng)變曲線，建模時(shí)采用ABAQUS自帶的混凝土塑性損傷模型，計(jì)算本構(gòu)參數(shù)及損傷因子。鋼筋本構(gòu)關(guān)系采用理想彈塑性模型。取彈性模量Es=2.0105MPa，泊松比=0.3。套筒本構(gòu)采用理想彈塑性模型[5]。1.1.3接觸關(guān)系混凝土及鋼筋采用分離式建模，并將鋼筋和套筒采用EmbeddedRegion方式嵌入混凝土中。在剪力墻頂部建立參考試點(diǎn)并采用Coupling與加載面耦合連接以實(shí)現(xiàn)剛性面加載。現(xiàn)澆模型剪力墻與地梁采用Tie綁定連接，預(yù)制模型采用外表-外表接觸，切向行為采用罰摩擦模型，摩擦系數(shù)取值0.6[6]，法向行為為硬接觸。1.1.4加載方式在ABAQUS中設(shè)置兩個(gè)分析步，第一步進(jìn)行豎向加載，采用均布荷載方式；第二步進(jìn)行水平加載，采用位移控制方式，位移大小為50mm。1.2有限元模型驗(yàn)證將數(shù)值模擬分析與文獻(xiàn)[4]中試驗(yàn)所得的荷載-位移曲線進(jìn)行比照，見圖2。圖2試驗(yàn)與有限元荷載-位移曲線比照由圖2能夠看出，二者荷載-位移曲線趨勢(shì)一致，基本重合，試驗(yàn)極限荷載為327.15kN，有限元極限荷載為329.22kN，誤差為0.6%，知足工程要求。通過(guò)比照，講明該有限元模型能正確地模擬剪力墻平面內(nèi)荷載及變形等力學(xué)特性，可利用該模型進(jìn)行剪力墻平面外性能研究。2預(yù)制剪力墻平面外性能分析本文為研究豎向鋼筋連接方式不同對(duì)預(yù)制剪力墻平面外性能產(chǎn)生的影響，根據(jù)裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及圖集[7]，在保證截面配筋率相等的條件下進(jìn)行改動(dòng)，構(gòu)成下面四種不同豎向鋼筋連接方式的預(yù)制剪力墻，對(duì)其進(jìn)行編號(hào)為PSW-2、PSW-3、PSW-4，并將施加的水平荷載轉(zhuǎn)移到平面外。同時(shí)建立現(xiàn)澆模型XJ-1作為對(duì)照組。豎向鋼筋連接方式如此圖3所示。圖3豎向鋼筋連接方式〔mm)2.1剪力墻應(yīng)力分析圖4為剪力墻PSW-1的有限元應(yīng)力分析結(jié)果，由圖4能夠看出，剪力墻發(fā)生較大的傾斜變形，墻身與地梁發(fā)生脫離，墻體上部基本保持平直，受拉側(cè)鋼筋委屈服從。2.2承載力及荷載-位移曲線分析圖5為所有剪力墻試件荷載-位移曲線。由圖5可見，預(yù)制剪力墻平面外荷載-位移曲線趨勢(shì)與平面內(nèi)相當(dāng)，均由初期荷載上升段至極限荷載后進(jìn)入到下降段。但現(xiàn)澆模型曲線有較長(zhǎng)的塑性段且有一個(gè)陡降的趨勢(shì)，而預(yù)制模型曲線則是經(jīng)歷很短的塑性段后越過(guò)峰值直接進(jìn)入到下降段。這是由于現(xiàn)澆剪力墻墻身與地梁整體澆筑，試件薄弱處即彎矩最大處應(yīng)該在墻身下部箍筋加密區(qū)，而預(yù)制剪力墻墻身與地梁在加載初期便產(chǎn)生分離，由受拉側(cè)鋼筋承受荷載。華而不實(shí)，PSW-1、PSW-2、PSW-4剪力墻初期上升段斜率基本一樣，但極限荷載不同；PSW-3由于墻身整體配筋率增大，初期上升段斜率較大，荷載增長(zhǎng)較快，但到達(dá)極限荷載后曲線下降較快，并且與PSW-1曲線趨于一致。XJ-1試件作為對(duì)照組。利用作圖法計(jì)算各試件委屈服從荷載。表1為各剪力墻試件平面外委屈服從荷載和極限荷載匯總。圖4PSW-1剪力墻應(yīng)力分析圖5荷載-位移曲線表1剪力墻承載力從表1可見，豎向鋼筋連接方式的不同會(huì)導(dǎo)致預(yù)制剪力墻平面外極限荷載大小差異。且委屈服從荷載僅略小于極限荷載。華而不實(shí)剪力墻PSW-1由于豎向連接鋼筋為逐根連接，極限荷載最大，與現(xiàn)澆相當(dāng)；PSW-2、PSW-3豎向鋼筋為梅花形部分連接，PSW-2極限荷載比PSW-1減小14.74%，但PSW-3墻身整體配筋率有所提高，故極限荷載與PSW-1接近；PSW-4豎向鋼筋為單排連接，極限荷載相比PSW-2減小15.26%，比PSW-1減小27.76%?？梢?，預(yù)制剪力墻豎向鋼筋由逐根連接變成梅花形部分連接再變成單排連接，其平面外極限荷載不斷減小，減幅約為15%。同理，其各試件委屈服從荷載大小變化也基本符合上述規(guī)律。由于剪力墻各試件平面外承載力水平總體很低，因而，預(yù)制剪力墻豎向鋼筋連接方式變化對(duì)其平面外承載力有較大影響。2.3剛度退化剛度是衡量構(gòu)件抵抗變形能力大小的一個(gè)量，通常用割線剛度表示，即荷載-位移曲線上某一點(diǎn)荷載與對(duì)應(yīng)位移的比值。圖6為所有剪力墻試件剛度退化曲線。圖6剛度退化曲線由圖6能夠看出，不管是現(xiàn)澆還是預(yù)制，剪力墻平面外均具有一定的初始剛度。從圖中能夠看出，除PSW-3外，其余預(yù)制剪力墻時(shí)間初始剛度均小于現(xiàn)澆試件。由于PSW-3的鋼筋連接方式導(dǎo)致墻身整體配筋率顯著提高，初始剛度也隨之增大。華而不實(shí)PSW-4豎向鋼筋為單排連接，初始剛度最小。在位移加載到50mm左右所有剪力墻試件剛度均開場(chǎng)發(fā)生退化，且預(yù)制剪力墻剛度退化速度均大于現(xiàn)澆試件。由圖6可見，PSW-1、PSW-2和PSW-4固然初始剛度不一樣，但三者的剛度退化速度大致一樣。講明預(yù)制剪力墻豎向鋼筋雙排逐根連接平面外整體剛度優(yōu)于豎向鋼筋梅花形連接。PSW-3剛度退化速度最快，呈陡然下降趨勢(shì)，并且很快與PSW-1曲線重合，講明固然該試件墻身整體配筋率提高，初始剛度較大，但其毀壞特征出現(xiàn)與超筋梁類似的脆性毀壞，故毀壞較為忽然，不宜采用。3結(jié)論(1〕鋼筋套筒灌漿連接預(yù)制剪力墻平面外能承受較小荷載，大小只要平面內(nèi)承載力的7%左右。但能夠?yàn)檎w構(gòu)造提供一定的承載力奉獻(xiàn)。毀壞特稱呈現(xiàn)較明顯的脆性毀壞，有傾覆趨勢(shì)。(2〕豎向鋼筋連接方式不同對(duì)預(yù)制剪力墻平面外承載力有較大影響，在豎向連接鋼筋同等配筋率條件下，梅花形連接相比雙排逐根連接其平面外極限承載力下降約15%，單排連接相比雙排連接其平面外極限承載力下降約30%。(3〕預(yù)制剪力墻平面外剛度退化速度均大于現(xiàn)澆試件。(4〕豎向鋼筋連接方式不同對(duì)剪力墻平面外剛度退化速度影響較大，宜采用雙排逐根連接；當(dāng)采用梅花形部分連接時(shí)，宜通過(guò)增大豎向連接鋼筋直徑保證截面配筋率；采用單排連接時(shí)應(yīng)遵循相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)要保證剪力墻墻身配筋率知足規(guī)范要求。以下為參考文獻(xiàn)[1]錢稼茹,楊新科,秦珩,等.豎向鋼筋采用不同連接方式方法的預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻抗震性能試驗(yàn)[J].建筑構(gòu)造學(xué)報(bào),2018,32(6):51-59.[2]TONYH,JOSER,JOHNB.Mander.SeismicPerformanceofPrecastReinforcedandPrestressedConcreteWalls[J].JournalofStructuralEngineering,2003,129(3):286-296.[3]陳鵬,張兆強(qiáng),周瓊瑤.裝配式混凝土剪力墻構(gòu)造連接方式研究及應(yīng)用綜述[J].混凝土與水泥制品,2021(3):58-63.[4]成然.預(yù)制裝配式套筒灌漿連接混凝土剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究[D].西安:長(zhǎng)安