短肢剪力墻的ANSYS非線性有限元分析(1)_圖文

1、收稿日期 :2009-04-01; 修訂日期 :2009-05-13(, 第 27卷 第 3期 2009年 6月江 西 科 學(xué)JI A NGX I SC I ENCEVo. l 27N o . 3Jun. 2009文章編號 :1001-3679(2009 03-0388-04短肢剪力墻的 ANSYS 非線性有限元分析劉 琳 1, 賈益綱2(1. 南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院 , 江西 南昌 330031; 2. 南昌大學(xué)設(shè) 計研究院 , 江西 南昌 330029摘要 :首先采用 ANSY S 有限元分析軟件對短 肢剪力 墻模型 進行非線 性分 析 , 得 到剪 力墻 加載至 破壞 的全過 程 , 并與

2、試驗結(jié)果進行比較 , 驗證 AN SYS 建模計算的準確性 , 然后通過改變模型的軸壓比 , 分析對比在不同軸 壓比情況下短肢剪力墻 的荷載位移曲線 、 剛度退化速度等 情況 , 為 工程實踐 中控制建筑 物的軸壓 比提供參考 依據(jù) 。關(guān)鍵詞 :AN SYS ; 短肢剪力墻 ; 軸壓比 ; 荷載位移曲線 ; 剛度退化 中圖分類號 :TU 3 文獻標識碼 :AN on li near F i nite E l e m ent Simul ativeAnal ysis of Short Shear W all by ANS YSLIU Lin 1, JIA Y i gang2(1. Schoo l

3、 o f A rch itectura l Eng i neer i ng , N anchang U n i versity , Jiangx iN anchang 330031PRC ; 2. Institute of Des i gn and R esea rch , N anchang U n i versity , Jiangx i N anchang 330029PRCAbst ract :This article first uses the ANSYS fi n ite e le m ent ana l y sis soft w are to carry on the nonl

4、inearanalysis to the short ex tre m ity shearing force w allm ode, l obtains the sheari n g force w a ll to load to the destr uction entire process , and carries on the co m parison w ith the test resu l, t con fir m s t h e ANSYS m odelling co m putation the accuracy , then presses the rati o thr o

5、ugh the change m odel s ax is , the anal ysis contras, t i n the disalignm ent pressure co m pares i n the situation to open ho le sheari n g force fac to rs and so on w all l o ad d isp lace m ent curve , rig i d ity degeneration speed, con tro ls bu il d i n g s ax is for the project practice to p

6、ress the ratio to prov i d e the reference .K ey words :ANSYS , Sho rt shear w al, l Ax ial co m pressi o n ratio , Load d isp l a ce m ent curve , R i g idity de generation0 前言近年來 , 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)體系中由于 其整體性好、 承載力及側(cè)向剛度大、 綜合了框架結(jié) 構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點 , 而越來越多的運用到高 層住宅結(jié)構(gòu)中 , 國內(nèi)外越來越多的學(xué)者也對其進 行了試驗研究 , 其中 ANSYS 有限元分析軟件是大

7、家常用的一種 , 為了使計算簡便 , 大多學(xué)者都采用整體式模型對結(jié)構(gòu)進行分析 , 但是得出的結(jié)果不 能反映鋼筋在加載過程中的應(yīng)力變化 , 所以本文采用分離式模型對肢厚比為 6. 5的短肢剪力墻 1進行非線性分析。1 分離式模型建立混凝土本構(gòu)關(guān)系上選用經(jīng)典 H ognestad 建議 的升段為二次拋物線 , 下降段為斜直線的模型 , 鋼 筋本構(gòu)關(guān)系采用常用的理想彈塑性模型 , 建模時 混凝土采用 so li d 65實體單元 , 鋼筋采用 li n k8單 元 , 多 軸 應(yīng) 力 狀 態(tài) 下 的 破 壞準 則 則 取 W illa m W arnke 五參數(shù)模型 , 在裂縫處理方面 , ANSY

8、S 采 用分布裂縫模型 , 它的實質(zhì)是將實際的混凝土裂 縫彌散到整個單元中 , 將混凝土材料處理為各向 異性材料。利用混凝土的材料本構(gòu)模型來模擬裂 縫的影響 , 這樣一來 , 一旦混凝土某一單元的應(yīng)力 超過了開裂應(yīng)力 , 則只需將材料本構(gòu)矩陣加以調(diào) 整 , 無需改變單元形式或重新劃分單元網(wǎng)格 , 易于 有限元程序?qū)崿F(xiàn)。試件尺寸和配筋如圖 1。 圖 1 剪力墻試件配筋圖2 加載全過程描述2. 1 裂縫的描述 本模型采用的是軸壓比為 0. 1, 肢厚比為 6. 5的短肢剪力墻模型 , 荷載分兩步施加 , 首先豎向荷載一次性加到固定值 , 然后保持豎向荷載不變 , 分 級施加水平荷載。當水平荷載加到

9、 70k N 時 , 連梁左下角和右 上角與墻肢交接部位首先開裂 , 左右墻肢底部混 凝土開裂 , 如圖 2, 然后隨著水平荷載的加大 , 裂 縫逐漸布滿整個連梁 , 墻肢的裂縫也從角部擴展 到中間部分。達到極限荷載 540kN 時 , 連梁和墻 肢的裂縫已經(jīng)布滿了整個結(jié)構(gòu) , 如圖 3。2. 2 鋼筋應(yīng)力的描述當水平荷載加到 216kN 時 , 連梁右上部的縱 筋和左右墻肢角部縱筋首先達到屈服 , 如圖 4, 然 后隨著荷載的增加連梁的箍筋也逐個屈服 , 最后整個結(jié)構(gòu)以連梁失去承載力而告破壞 , 此時墻肢 的大部分鋼筋也達到屈服強 度 , 如圖 5。以連梁為第一道防線符合強墻弱梁的設(shè)計思想

10、, 有助于結(jié)構(gòu)抵抗地震作用。圖 4 216k N 時鋼筋應(yīng)力圖 圖 5 破壞時鋼筋應(yīng)力圖3 荷載位移曲線與骨架曲線的比較圖 6為分離式模型在單調(diào)荷載作用下的荷載 位移曲線圖 , 將其與實驗值和分布式模型 2進行分 析比較。其中實驗 值是反復(fù)試驗條件下的骨架曲線 得出 , 這條曲 線只是對骨架曲線的一種近似 , 因為它 包含了反復(fù)加載所 引起的內(nèi)部損傷積累效 應(yīng)4。 圖 6 模擬計算與試驗結(jié)果的荷載位移曲線比較 從圖 6可以看到模擬計算的結(jié)果與試驗結(jié)果基本吻合 , 但由于試驗存在外界因素和偶然因素 的影響 , 比如說加載點的局部破壞 , 加載裝置的受 力不均勻等因素 , 會導(dǎo)致結(jié)果有些許差別 ,

11、 但這都 是在允許范圍內(nèi)的 , 因此用 ANSYS 模擬計算具有 很重要的參考意義。4 不同軸壓比下模擬計算的結(jié)果比較以已建立的計算模型為基礎(chǔ) , 新增軸壓度退化 情況如圖 7, 不同軸壓比構(gòu)件各參數(shù)比較如表 1。表 1 不同情況下的模型分析軸壓比 0. 1軸壓比 0. 3軸壓比 0. 5開裂荷載 /kN 708588極限荷載 /kN 540640660鋼筋屈服 荷載 /kN 216315259極限位 移 /mm38. 632. 426.9從圖 8和表 1可以看出隨著軸壓比的提高構(gòu) 件開裂荷載和極限荷載不斷增加 , 有利于提高構(gòu) 件的承載能力 , 但是軸壓比的增加卻使構(gòu)件的極 限位移減小 ,

12、也就是說結(jié)構(gòu)的延性耗能能力在下 降。從圖 7可以看到軸壓比為 0. 1時 , 層間位移 角很小 (1/3000 構(gòu)件就已經(jīng)開裂剛度開始急劇 退化 , 而軸壓比為 0. 3和 0. 5的構(gòu)件當層間位移角小于 1/1000時 , 剪力墻還基本處于彈性階段 , 剛度不降低 , 隨后剛度才開始退化。并且達到極 限狀態(tài)時抗側(cè)剛度為初始側(cè)移剛度的 0. 2左右 , 比軸壓比為 0. 1剪力墻的極限抗側(cè)剛度大一倍。 所以通過上述分析綜合各個指標剪力墻結(jié)構(gòu)將軸 壓比控制在 0. 3左右既能有效的提高承載能力 , 又能保證結(jié)構(gòu)的延性抗震性能。5 結(jié)束語在 ANSYS 有限元分析過程中 , 采用分離式模型能夠很好

13、的反映出鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變情況 , 計算 結(jié)果與試驗結(jié)果基本符合 , 通過改變模型的軸壓 比得到一個最佳的軸壓比控制范圍為 0. 3左右 , 為工程實踐提供了一定的指導(dǎo)依據(jù)。(下轉(zhuǎn)第 400頁 定芽。按照這個速度計算 , 每年能繁殖出 4. 49個 后代 ; 用生根繼代的方法進行 快速繁殖 , 25d 可 培養(yǎng)繁殖 1代生長非常旺盛的試管苗 , 每一代繁 殖系數(shù)為 3. 1。按照這個速度計算 , 用生根繼代 方法每年能繁殖出 3. 114. 6個后代。這就是說不論 采用哪種方法進行快速繁殖 , 每年都能繁殖出大 量的試管苗 , 達到建立高效無性系的目的。但若 從試管苗的長勢和有效性 2個方面看 ,

14、 應(yīng)采用生 根繼代的方法進行快速繁殖。用生根繼代的方法 繁殖的不僅繁殖速度較快 , 而且培養(yǎng)的試管苗生 長旺盛 , 沒有無效苗。所以 , 在進行穿龍薯蕷試管 苗規(guī)模繁殖中 , 應(yīng)采用生根繼代的方法進行快速 繁殖。本研究表明 , 不論是顆粒狀愈傷組織的誘導(dǎo) 培養(yǎng) , 還是不定芽的分化培養(yǎng)都需要細胞分裂素 BA 和生長素 NAA 在一定濃度配比的條件下才能 達到理想的效果。這個結(jié)果與陳鳳清 11等對穿 龍薯蕷多芽體形成和微塊 體產(chǎn)生的結(jié)果 基本一 致。在進行顆粒狀愈傷組織分化培養(yǎng)試驗中 , 使 用相同的基本培養(yǎng)基、 相同的細胞分裂素和生長 素 , 在光照條件下愈傷組織顆粒能分化 , 而在暗培 養(yǎng)的

15、條件下愈傷組織顆粒不能分化。產(chǎn)生這種結(jié) 果的原因是 , 在綠色顆粒狀愈傷組織的培養(yǎng)過程 中 , 自身要合成生長素 I A A, 使綠色顆粒狀愈傷組 織具有一定濃度的 I A A 。在無光的條件下進行分 化培養(yǎng) , 由于 I A A 難以分解 , 使本身具有 較高濃 度的生長素 , 從而抑制分化 ; 在 光照培養(yǎng)的條件 下 , I A A 會因光照而分解 , 使本身具有較低濃度的 生長素 , 從而促進了顆粒狀愈傷組織的分化。 參考文獻 :1 中國科 學(xué)院 植物研 究所 . 中 國高 等植 物圖 鑒 (第 5冊 M.北京 :科 學(xué)出版 , 1976.2蔣玉寶 , 于元杰 . 薯蕷 植物 組織 培養(yǎng)

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