鋼筋連接方式對剪力墻平面外剛度的影響,建筑工程論文

鋼筋連接方式對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對豎向鋼筋連接方式不同的預制剪力墻進行建模,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,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預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。本文關鍵詞語：ABAQUS軟件;預制剪力墻;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、對環(huán)境污染較小等優(yōu)勢，符合我們國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的方向。當前,應用最廣泛、最便捷的連接方式是套筒灌漿連接。錢稼如[1]等通過試驗得出套筒灌漿預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]。大量的試驗研究證明預制剪力墻構件平面內(nèi)抗震性能與現(xiàn)澆構件相當，但對剪力墻平面外性能的研究分析相對較少。焦安亮[3]等通過試驗對環(huán)筋扣合連接剪力墻平面外抗折性能進行研究。剪力墻作為有一定厚度的構件，其平面外應具有一定剛度。因而，本文利用ABAQUS有限元分析軟件對四種豎向鋼筋連接方式不同的預制剪力墻及現(xiàn)澆剪力墻進行建模分析，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預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證1.1有限元模型建立為驗證所建有限元模型的合理性，對文獻[4]中的PSW-1試件進行建模分析，并與實驗結果進行比照。試件剪力墻PSW-1截面尺寸及配筋如此圖1所示，設計軸壓比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材料本構本文中混凝土材料本構關系選用GB500102018(混凝土構造設計規(guī)范〕中附錄C提供的混凝土單軸應力應變曲線，建模時采用ABAQUS自帶的混凝土塑性損傷模型，計算本構參數(shù)及損傷因子。鋼筋本構關系采用理想彈塑性模型。取彈性模量Es=2.0105MPa，泊松比=0.3。套筒本構采用理想彈塑性模型[5]。1.1.3接觸關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并采用Coupling與加載面耦合連接以實現(xiàn)剛性面加載?，F(xiàn)澆模型剪力墻與地梁采用Tie綁定連接，預制模型采用外表-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中設置兩個分析步，第一步進行豎向加載，采用均布荷載方式；第二步進行水平加載，采用位移控制方式，位移大小為50mm。1.2有限元模型驗證將數(shù)值模擬分析與文獻[4]中試驗所得的荷載-位移曲線進行比照，見圖2。圖2試驗與有限元荷載-位移曲線比照由圖2能夠看出，二者荷載-位移曲線趨勢一致，基本重合，試驗極限荷載為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)荷載及變形等力學特性，可利用該模型進行剪力墻平面外性能研究。2預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預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標準及圖集[7]，在保證截面配筋率相等的條件下進行改動，構成下面四種不同豎向鋼筋連接方式的預制剪力墻，對其進行編號為PSW-2、PSW-3、PSW-4，并將施加的水平荷載轉(zhuǎn)移到平面外。同時建立現(xiàn)澆模型XJ-1作為對照組。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剪力墻應力分析圖4為剪力墻PSW-1的有限元應力分析結果，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，預制剪力墻平面外荷載-位移曲線趨勢與平面內(nèi)相當，均由初期荷載上升段至極限荷載后進入到下降段。但現(xiàn)澆模型曲線有較長的塑性段且有一個陡降的趨勢，而預制模型曲線則是經(jīng)歷很短的塑性段后越過峰值直接進入到下降段。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該在墻身下部箍筋加密區(qū)，而預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，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，荷載增長較快，但到達極限荷載后曲線下降較快，并且與PSW-1曲線趨于一致。XJ-1試件作為對照組。利用作圖法計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導致預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；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，預制剪力墻豎向鋼筋連接方式變化對其平面外承載力有較大影響。2.3剛度退化剛度是衡量構件抵抗變形能力大小的一個量，通常用割線剛度表示，即荷載-位移曲線上某一點荷載與對應位移的比值。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，其余預制剪力墻時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發(fā)生退化，且預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，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結論(1〕鋼筋套筒灌漿連接預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。但能夠為整體構造提供一定的承載力奉獻。毀壞特稱呈現(xiàn)較明顯的脆性毀壞，有傾覆趨勢。(2〕豎向鋼筋連接方式不同對預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；當采用梅花形部分連接時，宜通過增大豎向連接鋼筋直徑保證截面配筋率；采用單排連接時應遵循相應標準，同時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[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制鋼筋混凝土剪力墻抗震性能試驗[J].建筑構造學報,2018,32(6):51-59.[2]TONYH,JOSER,JOHNB.Mander.SeismicPerformanceofPrecastReinforcedandPrestressedConcreteWalls[J].JournalofStructuralEngineering,2003,129(3):286-296.[3]陳鵬,張兆強,周瓊瑤.裝配式混凝土剪力墻構造連接方式研究及應用綜述[J].混凝土與水泥制品,2021(3):58-63.[4]成然.預制裝配式套筒灌漿連接混凝土剪力墻抗震性能試驗研究[D].西安:長安