張 放

(安徽建筑大學(xué)土木學(xué)院,安徽 合肥 230601 )

0 引 言

預(yù)制樓板目前在我國裝配建筑及現(xiàn)澆建筑中由于其具有工廠化、裝配化的特點(diǎn)，又具有較好的整體性，在國內(nèi)已經(jīng)受到大量的推廣應(yīng)用[1]。疊合板式剪力墻于歐洲工業(yè)發(fā)達(dá)國家早已熟練使用，環(huán)保性能過硬，產(chǎn)業(yè)化能力突出，但其引入我國后，由于對抗震性能研究的不足，規(guī)范編撰的難度較大，設(shè)計(jì)時(shí)的依據(jù)不完整，此前已有對其滯回特性的研究，包括對疊合板式剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度、延性等一系列的研究[2]，疊合板剪力墻由于其兩種混凝土層之間澆筑時(shí)間差的原因，往往在破壞時(shí)出現(xiàn)分層的現(xiàn)象。由于在節(jié)點(diǎn)附近是結(jié)構(gòu)中抵抗各類荷載能力最低的地方，預(yù)制剪力墻與預(yù)制樓板和后澆帶間配合使用的預(yù)制結(jié)構(gòu)的性能未知是否可達(dá)到全現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的抗震性能，而疊合板式剪力墻與疊合樓板間的結(jié)合處是最為薄弱也是最為關(guān)鍵的部位，趙作周、錢稼茹[3]等此前做過墻板節(jié)點(diǎn)的抗震性能的試驗(yàn)，證明節(jié)點(diǎn)處的受力性能與全現(xiàn)澆相似。設(shè)計(jì)3種疊合板式混凝土墻-板節(jié)點(diǎn)，三種模型僅體現(xiàn)在墻-板聯(lián)結(jié)的不同，通過對比利用ABAQUS對3種墻板節(jié)點(diǎn)進(jìn)行平面內(nèi)的有限元分析，可代表構(gòu)件在實(shí)際情況中對地震荷載的抗性。

1 有限元模擬

1.1 模型概況

墻體構(gòu)件截面尺寸為3000mm×800mm×200mm，其中，分為上下兩層以模擬實(shí)際生產(chǎn)中樓板與墻體的位置關(guān)系，下層高度1380mm，上層高度1500mm，中樓板層高120mm。剪力墻配筋為豎向鋼筋HRB400，12@200；水平分布筋HRB400,8@200.樓板截面尺寸為1000mm×800mm×120mm，與墻體垂直的鋼筋HRB400，10@200；與墻體平行的鋼筋HRB400，8@200.以上配筋均符合各類規(guī)范最低要求及承載力驗(yàn)算[4～6]。

三種模型中，W-1為預(yù)制樓板與墻體垂直部分受力鋼筋錨入墻體，錨固長度150mm并彎折90°；W-2在樓板后澆帶內(nèi)布置伸入墻體的連接筋，連接筋錨固深度設(shè)置為400mm；W-3于預(yù)制樓板處設(shè)置飛筋，彎折135°并錨入剪力墻150mm，其余各部位均相同。具體如圖1。

1.2 材料本構(gòu)關(guān)系

混凝土的破壞以受拉為主，鋼筋與混凝土的有效聯(lián)結(jié)使得混凝土的效用發(fā)揮到最大，鋼筋主要在混凝土開裂后開始發(fā)揮其性能。混凝土剪力墻的混凝土的本構(gòu)關(guān)系主要為理想彈塑性模型和彌散開裂模型兩種模型，在有限元軟件中，本構(gòu)關(guān)系也分為這兩種，使用的模型中采用彈塑性模型，鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線采用二折線應(yīng)力-應(yīng)變曲線[7]。

圖1 試件幾何尺寸及構(gòu)造

圖2 混凝土受拉破壞damaget形態(tài)圖

1.3 模型荷載及邊界設(shè)置

為了更準(zhǔn)確地觀察墻-板節(jié)點(diǎn)處破壞形態(tài)，力學(xué)模型將樓板端部及墻底部設(shè)置為鉸接，在受到模擬地震荷載的平面內(nèi)荷載作用下，會使得節(jié)點(diǎn)處彎矩最大。因此將墻體頂部布置豎向荷載模擬實(shí)際生產(chǎn)中的中間樓層，樓板端部的邊界條件設(shè)為限制面內(nèi)荷載方向的平動(dòng)，釋放轉(zhuǎn)動(dòng)，墻體底部限制平動(dòng)允許轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬樓板及墻體的鉸接，墻體頂部同時(shí)施加水平往復(fù)荷載模擬平面內(nèi)荷載。

2 ABAQUS有限元模擬結(jié)果及分析

2.1 破壞形態(tài)

三種剪力墻模型的混凝土受拉以及受壓積累損傷如圖2-3所示?；炷恋氖芾茐挠蓧?板節(jié)點(diǎn)展開以幾點(diǎn)為域向四周延散，節(jié)點(diǎn)部最大主塑性應(yīng)變較大，下部墻體裂縫較其他部分較多。其中受拉破壞中，W-1、W-2、W-3墻體破壞形態(tài)幾乎一致，樓板破壞W-2只有少量的裂縫；受壓破壞中，W-1損傷較其他兩種模型略輕微，表現(xiàn)在一側(cè)樓板受損比其他兩種受損程度偏小。所有破壞均在節(jié)點(diǎn)域附近，未擴(kuò)散至整個(gè)構(gòu)件。加載完成時(shí)，預(yù)制層與現(xiàn)澆層之間出現(xiàn)少量的分層分離的現(xiàn)象。

圖3 混凝土受壓破壞damagec形態(tài)圖

圖4 骨架曲線

圖5 剛度曲線

2.2 骨架曲線及承載力

各模型的骨架曲線如圖4所示.由圖可知，不同連接形式的節(jié)點(diǎn)區(qū)域的三種疊合板式剪力墻的骨架曲線，彈性階段中幾乎相同，變形速率幾乎吻合。進(jìn)入塑性階段后，W-2承載力開始與其他兩種有所區(qū)，曲線斜率陡于其他兩種；位移接近20mm后W-2的承載力下降速率變緩，開始加載至彈性階段中，由于三類模型的墻體部分構(gòu)造相同，在受到水平位移時(shí)，由墻體-樓板節(jié)點(diǎn)中心受到最大彎矩發(fā)生破壞并由節(jié)點(diǎn)中心擴(kuò)散至整個(gè)節(jié)點(diǎn)區(qū)，當(dāng)變形彌散至樓板與墻體結(jié)合部位時(shí)，由于三種模型樓板與墻體間連結(jié)筋構(gòu)造的不同，承載力下降速度開始發(fā)生變化。

表1列出三種模型的特征點(diǎn)的各項(xiàng)數(shù)值。屈服點(diǎn)依據(jù)能量法[8]，可以由骨架曲線得到。從屈服點(diǎn)來看，使得W-3屈服的荷載更高，所能到達(dá)承載力的峰值也較其他兩種偏高，W-2的承載性能最弱，W-3表現(xiàn)出的對抗變形的能力較由于其他兩類。三類模型的Pmax與Pu的平均比值為1.18大于1.15[9]，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范說明三類模型具有一定的承載力.

2.3 剛度分析

由圖5可明確，W-2的初始剛度較W-1及W-3最大。在彈性階段，剛度衰減的速率均勻，進(jìn)入塑性階段后，隨著破壞進(jìn)入墻板節(jié)點(diǎn)，剛度開始迅速衰減，進(jìn)入樓板后，剛度衰減速率變緩，三類模型的剛度退化節(jié)奏幾乎一致，退化過程分段明顯。

表1 承載力數(shù)據(jù)

3 結(jié) 論

通過對模型的設(shè)計(jì)計(jì)算和利用ABAQUS軟件對三種墻板不同形式的構(gòu)造連接的模型進(jìn)行有限元的模擬，得出如下結(jié)論：

(1)三種疊合板式剪力墻均具有合規(guī)合范的承載力和安全儲備。

(2)三種疊合板剪力墻的破壞過程基本相似，在平面內(nèi)位移作用下，于墻-板節(jié)點(diǎn)中心開始發(fā)生破壞，隨著位移的分級提升，破壞開始沿著節(jié)點(diǎn)域向四周擴(kuò)散，墻體發(fā)生受剪和受彎破壞，最終停止在樓板處，整體來看，破壞發(fā)生在節(jié)點(diǎn)域附近，隨預(yù)制與現(xiàn)澆層間的分離結(jié)束，不會發(fā)展成整體大范圍的破壞。

(3)W-1模型樓板處伸入墻體錨固深度150mm并彎折90°這種結(jié)構(gòu)使得墻與板之間的聯(lián)結(jié)性能更出色，在承載力以及剛度上，表現(xiàn)的比其他兩種構(gòu)造更好，在實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用W-3的樓板飛筋構(gòu)造，這種構(gòu)造的性能從模擬中看不比過中線并彎折90°的性能好。

(4)通過對疊合板式剪力墻受平面內(nèi)荷載作用下的破壞形態(tài)的分析，可代表這類結(jié)構(gòu)受地震荷載作用下的損傷，這種新型的現(xiàn)澆與預(yù)制相結(jié)合式的新型結(jié)構(gòu)能夠較好的抵抗地震荷載。