在水平反复荷载作用下短肢剪力墙力学性能的有

　　摘要：本文根据计算机仿真原理的基本思想，采用大型通用有限元软件对无翼墙(一字型)和有翼墙(L型、T型截面)短肢剪力墙结构进行了单调加载下的拟静力仿真试验。分析了影响短肢剪力墙结构的三种因素:截面形式、肢厚比和深梁跨高比对承载力的影响，得出了模型的开裂荷载、屈服荷载及极限荷载，并进行了对比分析。

　　关键词：短肢剪力墙,深梁,有限元分析

　　引言

　　近年来，随着经济的飞速发展和生活水平的不断提高，人们对住宅，特别是对高层住宅的建筑平面与空间的合理布局提出了越来越高的要求。又由于我国人地矛盾的进一步激化，这决定了高层与小高层住宅建筑将会是我国未来建筑的主流，而从工程实际中发展起来的短肢剪力墙结构体系，它的墙肢较短，布置灵活，可调整性大，容易满足建筑平面的要求。这种结构体系将会被越来越广泛的应用于住宅及其它高层和小高层建筑中。

　　1.分析模型的建立

　　1.1模型所用材料性能

　　(1)混凝土

　　(2)钢筋

　　1.2 模型尺寸及网格划分

　　1.2.1 模型尺寸

　　本文的计算模型采用1:1的单层短肢剪力墙模型，分为有翼缘墙(S)和无翼缘墙(FS)。其中，有翼缘墙又分为T型墙体(FST)和L型墙体(FSL)。墙肢截面厚度均为200mm，深梁宽与墙厚相同。所有模型墙肢竖向配筋率均为2%，水平方向配筋率均为0.4%，连筋配筋率为0.3%;翼墙纵筋配筋率为2%，箍筋的配筋率为0.4%，连筋配筋率为0.3%。根据《钢筋混土深梁设计规程》中的有关规定，深梁的下部纵向钢筋宜均匀布置在梁下边缘以上0.2h 的范围内，故在建立深梁模型时，将其分为两部分，即深梁 图1-1 构件尺寸详图

　　下部和其它部位，然后再利用ANSYS中布尔运算来消除可能存在的空隙。深梁下部水平方向配筋率为3.2%，竖向配筋率为0.3%，连筋配筋率为0.2%，深梁其它部位水平方向配筋率为0.5%，竖向配筋率为0.3%，连筋配筋率为0.2%。模型如图1-1所示。构件共分为A、B、C三组，其中A组为无翼缘墙，B组为L型墙，C组为T型墙。具体尺寸参数见表1-1、1-2、1-3

　　1.2.2 网格划分

　　ANSYS中包含两种网格划分方法:自由网格和映射网格[50]。自由网格是没有特定的准则，对于单元形状没有限制，划分成的单元也是不规则的。相比之下，映射网格有利于结点数据的储存，计算速度快，耗时少。根据短肢剪力墙几何形状比较规则的特点，本次ANSYS分析对T型短肢剪力墙采取映射网格划分。不过在划分之前，必须把短肢剪力墙分割成2个规则的六面体(比如分为翼缘部分和腹板部分)，然后再对它映射网格划分。所有试体的单元尺寸大小均为100×100×100mm的正方体。划分结果如图1-2所示(以FSL1。FST1为例)。

　　1.3 加载制度

　　模型的加载方向见图4-5，加载方式如下示：

　　● 竖向荷载

　　在施加荷载时，首先要施加竖向荷载，其大小根据轴压比，利用下面的公式确定：

　　● 水平荷载

　　保持竖向荷载不变，给构件施加水平荷载，水平荷载逐级施加，每级荷载循环两次，直至构件破坏。水平荷载施加制度见表4-6。

　　2. 模型计算结果分析

　　.2.1模型的裂缝图分析

　　分布式模型在荷载作用下的初始裂缝和破坏裂缝分布如图2-1所示(以S2、FSL2、FST2为例)，由图可知，3个无翼墙试体的初始裂缝均发生在墙肢与深梁底部的交接处及荷载施加的部位，而后在墙肢底部也出现裂缝，然后裂缝向墙体内部发展，最终使墙体破坏;有翼墙试体初始裂缝形态较复杂，FSL1～FSL5试体初始裂缝出现在深梁两端与墙肢交接处及翼墙的边缘部位，然后随着水平荷载的逐渐增大，翼墙底部出现受拉裂缝，翼墙与墙肢交接处也开始出现裂缝;FST1试体的初始裂缝出现在墙肢与深梁的交接部位及翼墙底部，随后在翼墙底部及翼墙与墙肢交接处也有裂缝产生， FST2～FST5试体初始裂缝出现在深梁两端与墙肢交接处，然后翼墙底部出现受拉裂缝，翼墙与墙肢交接处也开始出现裂缝。另外，与普通短肢剪力墙结构中的连梁不同，深梁构件上也承受着均布面荷载，在荷载作用下，深梁构件的底部也较早的出现了受拉裂缝。

　　2.2.短肢剪力墙模型影响因素分析

　　2.2.1单调荷载下荷载位移曲线分析

　　影响短肢剪力墙结构性能的因素有很多，在本次模型分析中主要考虑截面形式、肢厚比、以及深梁跨高比对短肢剪力墙的影响。

　　取轴压比为0.3，得到试件S1、S2、S3、FSL1、FSL2、FSL3、FSL4、FSL5、FST1、FST2、FST3、FST4、FST5在单调荷载作用下的荷载位移曲线如图2-2所示。无翼墙试体和有翼墙试体的荷载位移曲线，在开裂前基本是按线性变化;开裂后，按曲线变化。无翼墙试体的开裂荷载和极限荷载比有翼墙试体要小很多。有翼墙试体中的T型墙试体的开裂荷载和极限荷载比L试体要高，但差别不大。随着肢厚比的增大，无翼墙试体和有翼墙试体的开裂荷载和极限荷载逐渐增大。随着深梁跨高比的逐渐增大，有翼墙试体的开裂荷载和极限荷载逐渐增大。

　　2.2.2 承载能力分析

　　通过对有限元计算结果进行对比分析，可看出深的跨高比、肢厚比、截面形式和轴压比对短肢剪力墙开裂荷载，屈服荷载和极限荷载影响程度大小。

　　1.计算结果及其分析

　　(1)肢厚比及截面形式对短肢剪力墙的影响

　　取肢厚比为5，6.5，8的无翼缘及有翼缘的墙体，保持深梁跨高比为2.0，分析肢厚比和截面形式对短肢剪力墙的影响(见表2-1，图2-3、2-4)。

　　①随着肢厚比的增大，无翼墙试体和有翼墙试体的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载都在增大;

　　②开裂荷载曲线增长趋势较平缓，而屈服荷载和极限荷载曲线增长趋势较激烈。

　　①与有翼墙试体相比，无翼墙试体开裂荷载、屈服荷载和极限荷载都要小;

　　②有翼墙试体中L型试体与T型试体相比，开裂荷载及极限荷载相差不大，但屈服荷载要大很多。

　　(2)深梁跨高比对短肢剪力墙的影响

　　取肢厚比为6.5的有翼缘试体(FSL2、FSL4、FSL5及FST2、FST4、FST5、)分析深梁跨高比对短肢剪力墙的影响见表2-2。

　　①随着深梁跨高比的增大，短肢剪力墙的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载逐渐减小，且减小的幅度逐渐减小。

　　②与屈服荷载和极限荷载相比，开裂荷载随着深梁跨高比的增大，减小的幅度要小。

　　3. 结论

　　(1)不同影响因素对模型承载能力影响程度存在差异。纵向比较各种因素的影响程度，可知肢厚比、轴压比和深梁跨高比对模型屈服荷载及极限荷载影响较为显著，无翼墙试体和有翼墙试体之间的开裂荷载、屈服荷载及极限荷载相差很大，而有翼墙试体中的L型试体和T型试体的极限荷载相差不大，但屈服荷载相差很大。

　　(2)对于含深梁构件的短肢剪力墙结构，可以根据实际情况选择通过改变墙肢肢厚比和深梁跨高比来提高短肢剪力墙结构体系的承载能力。另外，由于一字形短肢剪力墙的延性和平面外稳定性比较差，对于无翼墙试体的使用要慎重。

　　参考文献：

　　[1]容柏生.高层住宅建筑中的短肢剪力墙结构体系[J].建筑结构学报，1997,18 (3):14-19.

　　[2]混凝土结构设计规范(GB5oolo-2002)[S].北京:中国建筑工业出版社，2002

　　[3]刘肖凡.箱形转换层上短肢剪力墙结构体系抗震性能研究[D].武汉理工大学博士学位论文，2008.

　　[4]宋潇.带翼缘短肢剪力墙与异形柱的有限元分析[D].太原理工大学硕士学位论文,2010

　　[5] 李保洲,李成江.ANSYS在房屋建筑工程中的应用[J].国外建材科技,2006,27(6):63-65.

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