不同搭接參數(shù)下漿錨連接裝配式剪力墻的抗震性能研究

(西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院 陜西 西安 710054)

引言

為了實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，以及建筑行業(yè)的綠色健康可持續(xù)發(fā)展，中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《建筑業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，確定了建筑節(jié)能以綠色建筑發(fā)展的目標(biāo)，還制定了推動建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展任務(wù)，其中關(guān)鍵就是要推廣智能和裝配式建筑。

裝配式剪力墻以其工業(yè)化制作、施工方便、建造速度快、預(yù)制結(jié)構(gòu)工期短，投資回收快等優(yōu)點(diǎn)[1]，被業(yè)內(nèi)人士廣泛看好。但裝配式建筑[2]由于市場對現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的依賴、大地震的頻發(fā)，以及裝配式剪力墻抗震設(shè)計困難、研究還需不斷完善等原因，其推廣應(yīng)用一直受到限制。因此對裝配式剪力墻抗震性能[3]還需要不斷研究，來推廣裝配式剪力墻的的應(yīng)用。

一、有限元模型分析

(一)分析模型。分析模型取自文獻(xiàn)[4]，結(jié)構(gòu)的尺寸如圖1所示。試件從上往下包括加載梁、墻體以及地梁三部分。加載梁長2m，截面尺寸為0.4m×0.4m。墻身高2.8m，寬1.4m，厚0.2m。地梁長2.4m，截面尺寸為0.5m×0.5m。

圖1 分析模型結(jié)構(gòu)

(二)有限元模型。本文所模擬的漿錨連接裝配式剪力墻，混凝土采用三維實體單元C3D8R，鋼筋則是桁架單元T3D2。鋼筋與混凝土采用分離式建模，鋼筋再通過嵌入方式嵌入到混凝土中?；炷僚c地梁之間的結(jié)合面，采用面與面的接觸，并設(shè)置了法向參數(shù)。模型的分析步分為兩步，第一步加載720KN的豎向力，第二步在水平方向采用位移加載方式進(jìn)行反復(fù)加載。模型中對于不是重點(diǎn)分析的加載梁和地梁網(wǎng)格尺寸為100mm，加密地方網(wǎng)格為50mm，具體模型及網(wǎng)格劃分如下：

圖2 有限元模型

(三)材料本構(gòu)關(guān)系?；炷翐p傷模型可以用于單項加載、循環(huán)加載以及動態(tài)加載等場合，并具有較好的收斂性。因此本文研究裝配式剪力墻低周反復(fù)加載下的抗震性能，選擇混凝土損傷[5]模型進(jìn)行模擬。

鋼筋模型采用清華大學(xué)土木工程系結(jié)構(gòu)工程研究所基于 ABAQUS 開發(fā)的PQ-Fiber v2.0 材料單軸滯回本構(gòu)[6]模型，在 ABAQUS 軟件導(dǎo)入該子程序的方法考慮鋼筋的包辛格效應(yīng)。在進(jìn)行鋼筋混凝土非線性有限元的模擬過程中，采用此本構(gòu)模型可以減少建模工作量以及模擬計算中的計算量。

二、驗證對比分析

通過文獻(xiàn)[4]中的剪力墻的低周反復(fù)荷載試驗，得到剪力墻破壞過程中各特征參數(shù)和實測值，與有限元模型D1模擬的結(jié)果進(jìn)行對比，滯回曲線對比圖如圖3所示：

圖3 試驗與模擬滯回曲線對比

模擬與實驗峰值數(shù)據(jù)的對比數(shù)據(jù)如表1所示，因為實驗中剪力墻連接處有螺旋箍筋的加強(qiáng)作用，而有限元模擬中未能真實的模擬箍筋對連接處的作用，因此模擬峰值數(shù)據(jù)比試驗略有降低，最大差值8.3%。差值在合理范圍內(nèi)。

表1 試驗與模擬極限狀態(tài)數(shù)據(jù)對比

三、參數(shù)分析

為了研究全搭接漿錨連接裝配式剪力墻的抗震性能，本章將對結(jié)構(gòu)構(gòu)件豎向連接鋼筋進(jìn)行參數(shù)對比分析，具體如下：

(一)不同鋼筋直徑的參數(shù)分析

本次選取12mm、16mm、18mm等鋼筋直徑進(jìn)行替換原試驗的14mm鋼筋，試件分別為F12、F14、F16、F18。通過對四個試件建模運(yùn)算，分析不同鋼筋直徑下裝配式剪力墻的抗震性能。

(1)骨架曲線。從圖4中各試件的骨架曲線看出，連接鋼筋直徑對試件承載力的影響比較明顯，隨著連接鋼筋直徑的增大，試件承載力也隨之增大。在鋼筋直徑增大到18mm，試件承載力變化開始不明顯。

(2)剛度退化曲線。圖5所示，隨著連接鋼筋直徑的增大，試件初始剛度也會增大。對比4個試件的剛度退化曲線，F(xiàn)12最陡，F(xiàn)18 相比最為平緩，說明連接鋼筋直徑的增大，能夠使試件剛度的退化變緩，適當(dāng)增加連接鋼筋直徑，有利于抗震。

圖4 骨架曲線對比圖

圖5 剛度退化曲線對比圖

(二)不同連接鋼筋錨固長度的參數(shù)分析。由于試驗剪力墻模型中連接鋼筋處兩邊直徑14的鋼筋錨固長度為560mm，中間直徑8的鋼筋錨固長度為320mm，記為M2本次所取錨固長度，根據(jù)規(guī)范如下：

表2 試件錨固長度

(1)骨架曲線。如圖6所示，不同錨固長度的試件其骨架曲線非常相似，所以通過骨架曲線數(shù)據(jù)，可知錨固長度最短的M1試件，其承載力最低，隨著錨固長度的增加，試件的承載力也隨之增加，錨固長度最長的M5試件承載力最高，雖然總體它們的差值很小，但是可以得到增加錨固長度可以提高試件的承載力。

(2)剛度退化曲線。從圖7中可以看出，以上5個試件的剛度退化趨勢基本相同。通過比較可以看出錨固長度對試件剛度的影響呈正相關(guān)，說明錨固長度的增加可提高剪力墻試件的剛度。

圖6 骨架曲線對比圖

圖7 剛度退化曲線對比圖

四、結(jié)論

本文建立了漿錨連接的裝配式剪力墻有限元模型，通過實驗結(jié)果與模型的對比過分析驗證了模型的正確性，并通過改變連接鋼筋參數(shù)進(jìn)行分析，得出了以下結(jié)論：

1、連接鋼筋直徑對試件承載力的影響比較明顯，隨著連接鋼筋直徑的增大，試件承載力也隨之增大。說明連接鋼筋直徑的增大，能夠使試件剛度的退化變緩，試件的耗能能力在不斷的增大，所以適當(dāng)增加連接鋼筋直徑，有利于抗震。

2、錨固長度隨著試件承載力的增大而增大，錨固長度對試件剛度的影響呈正相關(guān)，對試件耗能的影響呈負(fù)相關(guān)，但增幅很小。說明錨固長度的增加可提高剪力墻試件的剛度，同時降低了試件的耗能能力，但影響較小。