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        既有剪力墻開洞受力性能模擬研究

        2015-12-02 01:45:00郭春立楊代星全江偉
        江西建材 2015年17期
        關(guān)鍵詞:墻肢連梁洞口

        ■郭春立,楊代星,李 慶,全江偉

        ■1.鄭州大學(xué)綜合設(shè)計(jì)研究院有限公司,河南 鄭州 450000;2.鄭州市瑞杰結(jié)構(gòu)加固工程有限公司,河南 鄭州 450000

        在對(duì)既有建筑物的改造工程中,往往會(huì)由于業(yè)主對(duì)建筑的功能要求,需對(duì)剪力墻開洞,將很大程度上降低原剪力墻的承載能力。目前,在實(shí)際工程中出現(xiàn)的剪力墻開洞問題越來越多,關(guān)于剪力墻開洞后的加固方法較少[1,2],所以對(duì)既有剪力墻開洞的受力性能進(jìn)行研究,已很有必要。本文針對(duì)不同開洞大小的剪力墻,運(yùn)用ANSYS 建立有限元模型,著重研究剪力墻開洞后的受力性能,為采用合理的加固方法做準(zhǔn)備。

        1 剪力墻開洞有限元模型的設(shè)計(jì)

        根據(jù)不同剪力墻開洞大小進(jìn)行有限元模擬。具體尺寸見下表1 所示。

        表1 Q1 類開洞剪力墻參數(shù)

        2 剪力墻開洞有限元模型的建立

        2.1 選取單元類型

        有限元模型選用整體式建模的方法,鋼筋混凝土采用ANSYS 中特有的SOLID65 帶筋單元模擬,加載梁在ANSYS 有限元分析中采用SOLID45 單元來模擬[3,4]。

        2.2 選取材料模型

        (1)混凝土的本構(gòu)關(guān)系?;炷羻屋S應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系上升段采用文獻(xiàn)[5]規(guī)定的公式,下降段則采用Hongnestad 的處理方法,此處采用多線性等向強(qiáng)化模型MISO 來模擬;混凝土采用C30,抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為14.3MPa,抗拉強(qiáng)度取1.43MPa,彈性模量為30000MPa,泊松比為0.2,張開裂縫的剪力傳遞系數(shù)0.125,閉合裂縫的剪力傳遞系數(shù)0.9,拉應(yīng)力釋放系數(shù)采用系統(tǒng)缺省值0.6[6、7、8]。

        (2)鋼筋的本構(gòu)關(guān)系。暗柱縱筋、箍筋及墻體豎向和水平鋼筋均采用HRB400 級(jí)鋼筋,鋼筋采用TISO 雙線性等向強(qiáng)化來模擬,彈性模量取200000MPa,屈服強(qiáng)度為360MPa,泊松比為0.3。為了避免加載梁出現(xiàn)局部破壞,其材料屬性同鋼筋的屬性。

        2.3 建立幾何模型

        本文的剪力墻建模采用整體式模型,將鋼筋連續(xù)均勻分布于整個(gè)單元SOLID65 中,它綜合了混凝土與鋼筋對(duì)剛度的貢獻(xiàn),可以通過參數(shù)設(shè)定鋼筋分布情況。

        3 有限元結(jié)果分析

        3.1 開洞前后剪力墻的裂縫發(fā)展情況

        本文以開洞大小為2mx3m、3mx3m 為例進(jìn)行說明。

        圖1 Q1 -KD2x3 裂縫發(fā)展情況

        圖2 Q1 -KD3x3 裂縫發(fā)展情況

        Q1 -KD2 ×3 最初裂縫發(fā)生在洞口的左上角;隨著荷載的增大,裂縫在洞口的左上角逐漸沿豎直方向向上延伸,然后貫通整個(gè)連梁,同時(shí)在左端墻肢底部、洞口右下角出現(xiàn)水平裂縫;最后,在洞口的左上角出現(xiàn)較多的斜裂縫,開裂比較嚴(yán)重。Q1 -KD3 ×3 僅在豎向荷載作用下,連梁中部就發(fā)生開裂;隨著水平荷載與豎向荷載的增大,連梁中部的裂縫沿豎直方向向上延伸,且出現(xiàn)大量的豎向裂縫,同時(shí)在左端墻肢底部、洞口右下角出現(xiàn)水平裂縫;最后,在連梁中部出現(xiàn)大量的豎向裂縫及斜裂縫,在洞口的左上角出現(xiàn)較多的豎向裂縫和向左45°的斜裂縫,左端墻肢底部出現(xiàn)水平裂縫,洞口右下角出現(xiàn)斜裂縫。

        3.2 開洞剪力墻荷載位移分析

        表2 在軸壓比為0.07 時(shí),不同開洞剪力墻的極限荷載和UX 數(shù)據(jù)表

        通過上表2,我們可以很直觀地看出,隨著洞口的增大,剪力墻的承載力逐漸減小,位移不斷增大,在實(shí)際工程中,開洞率36%以上時(shí),按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3 -2010》中的3.7.5 條規(guī)定,查得剪力墻結(jié)構(gòu)的層間彈塑性位移角限值為1/120,經(jīng)計(jì)算后,=35mm,已經(jīng)超過了規(guī)范的要求,必須采取加固措施,以限制側(cè)移及提高開洞剪力墻的承載力。

        4 結(jié)論

        (1)Q1 類墻體,當(dāng)開洞率在0~24%裂縫基本上都發(fā)生左端墻肢底部及洞口左上角、洞口右下角;當(dāng)開洞率在25%以上,裂縫基本上發(fā)生在連梁的中部及洞口左上角、洞口右下角,左端墻肢底部;

        (2)隨著剪力墻開洞尺寸的增大,剪力墻的承載力逐漸減小,水平位移不斷增大,當(dāng)開洞率為36%及以上時(shí),超過規(guī)范要求,必須采取加固措施。

        [1]GB50367 -2013.混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [2]11G311 -1.混凝土結(jié)構(gòu)加固構(gòu)造[S].

        [3]王新敏.ANSYS 工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析[M].北京:人民交通出版社,2007.480~487.

        [4]博弈創(chuàng)作室編著.ANSYS7.0 基礎(chǔ)教程與實(shí)例詳解[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2003.70~76.

        [5]GB50010 -2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [6]JGJ3 -2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

        [7]趙更歧,肖水,李慶,全江偉,馬新法.既有剪力墻開洞RC 支撐加固模擬研究[J].工程抗震與加固改造,2014,36(5):90~94.

        [8]趙更歧,李慶,全江偉.某既有剪力墻開洞粘鋼加固方法研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2014,(5):25~28.

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