崔貴玲 （青島黃海學(xué)院，山東 青島 266427）

1 工程概況

該建筑項(xiàng)目總高21.0m，共9 層（地面7 層），該項(xiàng)目的主要目的是居?。辉摴こ痰陌踩詾? 級(jí)，采用剪力墻體，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參考?jí)勖鼮?0 年；該房屋的抗震等級(jí)為C級(jí)，沈陽(yáng)市的設(shè)防等級(jí)為7級(jí)，按設(shè)計(jì)的震級(jí)劃分為一組、II 級(jí)，基礎(chǔ)風(fēng)壓為0.55 KN/m2。

本文研究了采用約束漿錨固連接的預(yù)拼式組合剪力墻結(jié)構(gòu)，模型分別為SW-1、SW-2。2 片裝配式拼板剪力墻加載梁、剪力墻、地梁等構(gòu)件的大小都是一樣的。其中SW-1 現(xiàn)澆混凝土剪力墻，SW-2采用約束漿錨桿進(jìn)行組合。

2 有限元試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?/h2>

由于基礎(chǔ)梁是結(jié)構(gòu)的一種固定結(jié)構(gòu)，所以以結(jié)構(gòu)的底板為靜止端點(diǎn)[1]，以3 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)限制和3 個(gè)平動(dòng)限制條件對(duì)底板6 個(gè)自由度進(jìn)行限制，也就是Encastre 限制方式。剪力墻板的上側(cè)與承荷梁相接，下側(cè)壁面由拉桿與底梁相接。每一部分的鋼筋均埋在墻體內(nèi)（不計(jì)粘合滑動(dòng)）。采用此方法，剛度位移只依賴于墻體的連結(jié)。由于受力不均，在受力不均衡的情況下，剪力墻應(yīng)先在其上加垂直荷載。

利用ABAQUS 將垂直載荷轉(zhuǎn)化為均勻分布的載荷并對(duì)其進(jìn)行了分析[2]。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件設(shè)置連接參考點(diǎn)，將橫向力作用于墻體上，以避免由于數(shù)值的不正常而引起的非收斂性。在分析破壞力時(shí)，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格密度愈大，其計(jì)算結(jié)果愈準(zhǔn)確。對(duì)于一般的材料，也存在相似的觀點(diǎn)。

圖1 有限元模型

3 裝配式新型鋼筋連接剪力墻受力性能分析

3.1 破壞形態(tài)分析

對(duì)于預(yù)制剪力墻，其整體部位存在大量的接縫，且接頭對(duì)整個(gè)構(gòu)造的失效形態(tài)具有顯著的作用[3]。如果接頭的強(qiáng)度好，則墻體將呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻相同的受壓破壞形式。當(dāng)接頭性能不好時(shí)，就不能保證整個(gè)組合剪力墻的受力。另外，在工程實(shí)踐中，接頭部位的過(guò)早破壞是一種非常態(tài)破壞形式，因此，在工程實(shí)踐中應(yīng)盡量避免。

3.1.1 SW-1破壞形態(tài)分析

從圖2 可以看出，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土結(jié)構(gòu)的損傷最先出現(xiàn)在鋼筋混凝土柱的根部，并沿著鋼筋混凝土的底部向45°延伸；外加荷載對(duì)現(xiàn)澆混凝土剪力的影響，其破壞部分逐漸增加，并逐漸向加載后期發(fā)展；整體開裂的范圍會(huì)持續(xù)擴(kuò)大，但不會(huì)向上，而剪力墻的破壞則集中在中部的1/2 墻高度[4]?，F(xiàn)澆混凝土的粘結(jié)部位處于完全固結(jié)狀態(tài)，因此，在橫向荷載的反復(fù)加載下，盡管這一段的壓力會(huì)持續(xù)增大，但其最大的塑性變形并未在該處發(fā)生。

圖2 SW-1應(yīng)力云圖

3.1.2 SW-2 破壞形態(tài)分析

從圖3 可以看出，采用約束漿錨固的新型組合剪力墻結(jié)構(gòu)，在荷載初期并未出現(xiàn)明顯的改變，但隨著荷載的持續(xù)，整體破壞首先出現(xiàn)在梁-剪力墻的連接點(diǎn)，整體剪力墻與地梁的連接點(diǎn)和下側(cè)剪力墻的連接點(diǎn)都受到了拉傷[5]。而且隨著荷載的不斷增大，產(chǎn)生了一種貫穿縫，裂紋呈45°向上擴(kuò)展，破壞的位置在剪力墻的下半部分。但由于連接構(gòu)件的加固，整體上、下墻板板的裂紋在連接部位不會(huì)繼續(xù)延伸，在連接部位的兩側(cè)都存在破壞區(qū)，而在連接部位的上部則是應(yīng)力最大的部位。在這種情況下，采用約束漿錨固結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度節(jié)點(diǎn)弱板的設(shè)計(jì)思路。

圖3 SW-2應(yīng)力云圖

3.2 剪力墻骨架曲線

通過(guò)對(duì)骨架曲線的比較，結(jié)果表明，用數(shù)值模擬得到的骨架曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。在墻體發(fā)生裂縫之前，根據(jù)數(shù)值仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果進(jìn)行了比較（圖4），結(jié)果表明前者明顯高于后者，且其彈性系數(shù)亦相同。這是由于在有限元計(jì)算時(shí)，將混凝土視為理想材料，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于混凝土整體材料分布是不規(guī)則的，所以在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，都會(huì)出現(xiàn)一些不同的情況。通過(guò)對(duì)該方法的研究，發(fā)現(xiàn)在有限元計(jì)算和實(shí)驗(yàn)分析中所得到的結(jié)論相差不大，因此，該模型是可行的，可以作為一種在地震中進(jìn)行剪切應(yīng)力計(jì)算的模型。

圖4 剪力墻骨架曲線模擬與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

在荷載初期，SW-1 和SW-2 的骨架曲線都是線性的，在這段時(shí)間內(nèi)，各個(gè)構(gòu)件都是彈性的，而隨著橫向位移的持續(xù)增加，它們的承載力也會(huì)增加；在荷載達(dá)到最大載荷后，其剛度逐步降低，進(jìn)入彈塑性階段；在載荷最大的時(shí)候，由于混凝土破壞程度的增加，使得更多的混凝土不再能承載荷載而進(jìn)入塑性期，此時(shí)試件的承載能力就會(huì)下降，骨架曲線開始向下移動(dòng)。在有限元分析中，由于受鋼筋本構(gòu)關(guān)系的限制[6]，不能較好地反映出混凝土在頸縮期乃至斷裂后的受力衰減過(guò)程，因而在后期出現(xiàn)了較為平穩(wěn)的曲線，且不存在較大的下降。在此基礎(chǔ)上，可以看到，當(dāng)水平變形增大后，剪力墻的混凝土結(jié)構(gòu)將會(huì)迅速被破壞，隨后，受力作用于鋼筋，使得其承載力再次增大；后期主要是靠鋼筋來(lái)承受荷載，雖然具有很高的承載率，但仍然存在脆弱性，無(wú)法與鋼筋相結(jié)合；斷裂形態(tài)趨向于剪切斷裂。

通過(guò)對(duì)SW-1 和SW-2 的骨架曲線進(jìn)行比較（圖5），可以看出組合剪力墻與現(xiàn)澆混凝土剪力墻的結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)基本一致。采用約束漿錨固搭接的新型預(yù)應(yīng)力混凝土組合剪力墻結(jié)構(gòu)的骨架曲線趨勢(shì)可劃分為三個(gè)階段，第一階段處于彈性階段，整體趨勢(shì)較為平穩(wěn)[7]，當(dāng)荷載持續(xù)增大時(shí)，剪力墻進(jìn)入彈塑性階段，剪力墻將會(huì)出現(xiàn)裂紋，當(dāng)承載力達(dá)到最大值時(shí)，剪力墻的裂紋就會(huì)越來(lái)越多，使其不能正常工作且剛度緩慢下降，在最大負(fù)荷下，混凝土不再工作，然后進(jìn)入塑性階段，鋼筋斷裂，骨架曲線將進(jìn)入一個(gè)下降的階段。

圖5 骨架曲線對(duì)比圖

3.3 滯回曲線分析

滯回曲線以受力點(diǎn)為坐標(biāo)，通過(guò)反復(fù)載荷作用，把受力和相應(yīng)的變形結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一條環(huán)狀的曲線。對(duì)于滯回曲線來(lái)說(shuō)，它不僅可以根據(jù)地震來(lái)判定建筑物的抗剪強(qiáng)度，還可以做出相應(yīng)的判別結(jié)果。根據(jù)位移的控制方法，采用了一種低周反復(fù)荷載的方法，使其在整體進(jìn)入彈性狀態(tài)以后，可以對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理，最后得出滯回曲線。

在進(jìn)行有限元數(shù)值仿真時(shí)，由于考慮到混凝土和鋼筋的相互作用導(dǎo)致了混凝土和鋼筋的相互滑動(dòng)，兩者的接觸被視為堅(jiān)固狀態(tài)。同時(shí)，由于對(duì)鋼筋的包興格作用的影響比較理想，所以不能準(zhǔn)確反映受荷時(shí)的鋼筋破壞。因此，在滯后曲線中沒有發(fā)生“捏合”現(xiàn)象。

圖6 為滯回曲線對(duì)比圖。SW-1 和SW-2 的滯回曲線表明，SW-1 和SW-2 的滯回曲線均為平滑滯回曲線，且其正向和反向基本對(duì)稱。SW-1 和SW-2剪力墻在初始狀態(tài)下都是一條直線，但并沒有發(fā)生剛性衰減，當(dāng)SW-1 和SW-2 剪力墻從彈性階段到屈服階段，滯回曲線不再是一條直線。在受力作用下，SW-1和SW-2兩層墻體出現(xiàn)了塑性變形，使整體的滯回線出現(xiàn)了撓曲變形，最終在卸荷過(guò)程中產(chǎn)生了一定的殘余應(yīng)力，并使整體的滯回區(qū)逐漸增大。當(dāng)位移持續(xù)增加時(shí)，兩個(gè)剪力墻所承受的水平力也會(huì)達(dá)到最大，而滯回環(huán)的面積會(huì)持續(xù)增大，直至發(fā)生斷裂，因此，結(jié)構(gòu)的損傷增加，剛性下降。通過(guò)SW-1 和SW-2 兩種墻體的比較，表明SW-2 型墻體的承載量下降速率要比SW-2大得多。而且SW-2的滯回特性曲線整體覆蓋范圍大于SW-1，這表明采用約束泥漿錨固方式的組合剪力墻結(jié)構(gòu)要優(yōu)于現(xiàn)澆混凝土剪力墻。

圖6 滯回曲線對(duì)比圖

3.4 剛度分析

剛性反映了受壓后，結(jié)構(gòu)由裂紋向極限方向發(fā)展的變化反映了結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度。在結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋至臨界變形期間，由于損傷的積累，使得結(jié)構(gòu)的變形性能下降，從而產(chǎn)生剛性衰減。

SW-1和SW-2剛性圖形的變化趨勢(shì)類似（圖7），均是在荷載位移持續(xù)增加時(shí)，剛性下降，斜率下降，因此剛性衰減的趨勢(shì)明顯減弱。結(jié)構(gòu)初始為彈性階段，整體曲線接近于一條直線，整體剛度衰減不顯著且隨構(gòu)件進(jìn)入彈塑性階段；剛性衰減程度逐步變得明顯，整體曲線呈現(xiàn)出明顯的降低趨勢(shì)；在此基礎(chǔ)上，各構(gòu)件最終進(jìn)入塑性期，其剛度的劣化更為顯著。通過(guò)對(duì)SW-1 和SW-2 的剛度衰減曲線的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)SW-1 和SW-2 的剛度衰減曲線呈現(xiàn)出明顯的降低趨勢(shì)，但SW-2 的衰減趨勢(shì)比SW-1 降低的幅度要小，表明SW-2 對(duì)剛性的衰減有明顯的抑制作用。通過(guò)對(duì)SW-2 和SW-1 進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)SW-2 的剛度衰減系數(shù)明顯高于SW-1。因此，采用約束漿錨桿進(jìn)行垂直連接的預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)在約束承載力退化方面表現(xiàn)出更好的優(yōu)越性。

圖7 骨架退化曲線對(duì)比圖

4 結(jié)論

采用約束漿錨固結(jié)合的預(yù)制剪力墻在承載力和耗能方面比現(xiàn)澆混凝土更好、剛性比現(xiàn)澆混凝土要差，而采用約束漿錨固的預(yù)制拼裝剪力墻的剛性在允許范圍內(nèi)。分析現(xiàn)澆混凝土剪力墻與垂直連接采用約束漿錨固結(jié)合的組合剪力墻，結(jié)果表明，鋼筋混凝土組合剪力墻受力衰減的約束效果明顯優(yōu)于鋼筋混凝土剪力墻。綜合考慮，采用約束漿錨桿的垂直連接組合剪力墻，其抗震儲(chǔ)備能力和性能與現(xiàn)澆混凝土剪力墻相當(dāng)。