摘要：本文根據(jù)計(jì)算機(jī)仿真原理的基本思想，采用大型通用有限元軟件對(duì)無翼墻(一字型)和有翼墻(L型、T型截面)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了單調(diào)加載下的擬靜力仿真試驗(yàn)。分析了影響短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的三種因素:截面形式、肢厚比和深梁跨高比對(duì)承載力的影響，得出了模型的開裂荷載、屈服荷載及極限荷載，并進(jìn)行了對(duì)比分析。

　　關(guān)鍵詞：短肢剪力墻,深梁,有限元分析

　　引言

　　近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對(duì)住宅，特別是對(duì)高層住宅的建筑平面與空間的合理布局提出了越來越高的要求。又由于我國(guó)人地矛盾的進(jìn)一步激化，這決定了高層與小高層住宅建筑將會(huì)是我國(guó)未來建筑的主流，而從工程實(shí)際中發(fā)展起來的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系，它的墻肢較短，布置靈活，可調(diào)整性大，容易滿足建筑平面的要求。這種結(jié)構(gòu)體系將會(huì)被越來越廣泛的應(yīng)用于住宅及其它高層和小高層建筑中。

　　1.分析模型的建立

　　1.1模型所用材料性能

　　(1)混凝土

　　(2)鋼筋

　　1.2 模型尺寸及網(wǎng)格劃分

　　1.2.1 模型尺寸

　　本文的計(jì)算模型采用1:1的單層短肢剪力墻模型，分為有翼緣墻(S)和無翼緣墻(FS)。其中，有翼緣墻又分為T型墻體(FST)和L型墻體(FSL)。墻肢截面厚度均為200mm，深梁寬與墻厚相同。所有模型墻肢豎向配筋率均為2%，水平方向配筋率均為0.4%，連筋配筋率為0.3%;翼墻縱筋配筋率為2%，箍筋的配筋率為0.4%，連筋配筋率為0.3%。根據(jù)《鋼筋混土深梁設(shè)計(jì)規(guī)程》中的有關(guān)規(guī)定，深梁的下部縱向鋼筋宜均勻布置在梁下邊緣以上0.2h 的范圍內(nèi)，故在建立深梁模型時(shí)，將其分為兩部分，即深梁 圖1-1 構(gòu)件尺寸詳圖

　　下部和其它部位，然后再利用ANSYS中布爾運(yùn)算來消除可能存在的空隙。深梁下部水平方向配筋率為3.2%，豎向配筋率為0.3%，連筋配筋率為0.2%，深梁其它部位水平方向配筋率為0.5%，豎向配筋率為0.3%，連筋配筋率為0.2%。模型如圖1-1所示。構(gòu)件共分為A、B、C三組，其中A組為無翼緣墻，B組為L(zhǎng)型墻，C組為T型墻。具體尺寸參數(shù)見表1-1、1-2、1-3

　　1.2.2 網(wǎng)格劃分

　　ANSYS中包含兩種網(wǎng)格劃分方法:自由網(wǎng)格和映射網(wǎng)格[50]。自由網(wǎng)格是沒有特定的準(zhǔn)則，對(duì)于單元形狀沒有限制，劃分成的單元也是不規(guī)則的。相比之下，映射網(wǎng)格有利于結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存，計(jì)算速度快，耗時(shí)少。根據(jù)短肢剪力墻幾何形狀比較規(guī)則的特點(diǎn)，本次ANSYS分析對(duì)T型短肢剪力墻采取映射網(wǎng)格劃分。不過在劃分之前，必須把短肢剪力墻分割成2個(gè)規(guī)則的六面體(比如分為翼緣部分和腹板部分)，然后再對(duì)它映射網(wǎng)格劃分。所有試體的單元尺寸大小均為100×100×100mm的正方體。劃分結(jié)果如圖1-2所示(以FSL1。FST1為例)。

　　1.3 加載制度

　　模型的加載方向見圖4-5，加載方式如下示：

　　● 豎向荷載

　　在施加荷載時(shí)，首先要施加豎向荷載，其大小根據(jù)軸壓比，利用下面的公式確定：

　　● 水平荷載

　　保持豎向荷載不變，給構(gòu)件施加水平荷載，水平荷載逐級(jí)施加，每級(jí)荷載循環(huán)兩次，直至構(gòu)件破壞。水平荷載施加制度見表4-6。

　　2. 模型計(jì)算結(jié)果分析

　　.2.1模型的裂縫圖分析

　　分布式模型在荷載作用下的初始裂縫和破壞裂縫分布如圖2-1所示(以S2、FSL2、FST2為例)，由圖可知，3個(gè)無翼墻試體的初始裂縫均發(fā)生在墻肢與深梁底部的交接處及荷載施加的部位，而后在墻肢底部也出現(xiàn)裂縫，然后裂縫向墻體內(nèi)部發(fā)展，最終使墻體破壞;有翼墻試體初始裂縫形態(tài)較復(fù)雜，F(xiàn)SL1～FSL5試體初始裂縫出現(xiàn)在深梁兩端與墻肢交接處及翼墻的邊緣部位，然后隨著水平荷載的逐漸增大，翼墻底部出現(xiàn)受拉裂縫，翼墻與墻肢交接處也開始出現(xiàn)裂縫;FST1試體的初始裂縫出現(xiàn)在墻肢與深梁的交接部位及翼墻底部，隨后在翼墻底部及翼墻與墻肢交接處也有裂縫產(chǎn)生， FST2～FST5試體初始裂縫出現(xiàn)在深梁兩端與墻肢交接處，然后翼墻底部出現(xiàn)受拉裂縫，翼墻與墻肢交接處也開始出現(xiàn)裂縫。另外，與普通短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁不同，深梁構(gòu)件上也承受著均布面荷載，在荷載作用下，深梁構(gòu)件的底部也較早的出現(xiàn)了受拉裂縫。

　　2.2.短肢剪力墻模型影響因素分析

　　2.2.1單調(diào)荷載下荷載位移曲線分析

　　影響短肢剪力墻結(jié)構(gòu)性能的因素有很多，在本次模型分析中主要考慮截面形式、肢厚比、以及深梁跨高比對(duì)短肢剪力墻的影響。

　　取軸壓比為0.3，得到試件S1、S2、S3、FSL1、FSL2、FSL3、FSL4、FSL5、FST1、FST2、FST3、FST4、FST5在單調(diào)荷載作用下的荷載位移曲線如圖2-2所示。無翼墻試體和有翼墻試體的荷載位移曲線，在開裂前基本是按線性變化;開裂后，按曲線變化。無翼墻試體的開裂荷載和極限荷載比有翼墻試體要小很多。有翼墻試體中的T型墻試體的開裂荷載和極限荷載比L試體要高，但差別不大。隨著肢厚比的增大，無翼墻試體和有翼墻試體的開裂荷載和極限荷載逐漸增大。隨著深梁跨高比的逐漸增大，有翼墻試體的開裂荷載和極限荷載逐漸增大。

　　2.2.2 承載能力分析

　　通過對(duì)有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，可看出深的跨高比、肢厚比、截面形式和軸壓比對(duì)短肢剪力墻開裂荷載，屈服荷載和極限荷載影響程度大小。

　　1.計(jì)算結(jié)果及其分析

　　(1)肢厚比及截面形式對(duì)短肢剪力墻的影響

　　取肢厚比為5，6.5，8的無翼緣及有翼緣的墻體，保持深梁跨高比為2.0，分析肢厚比和截面形式對(duì)短肢剪力墻的影響(見表2-1，圖2-3、2-4)。

　　①隨著肢厚比的增大，無翼墻試體和有翼墻試體的開裂荷載、屈服荷載和極限荷載都在增大;

　　②開裂荷載曲線增長(zhǎng)趨勢(shì)較平緩，而屈服荷載和極限荷載曲線增長(zhǎng)趨勢(shì)較激烈。

　　①與有翼墻試體相比，無翼墻試體開裂荷載、屈服荷載和極限荷載都要小;

　　②有翼墻試體中L型試體與T型試體相比，開裂荷載及極限荷載相差不大，但屈服荷載要大很多。

　　(2)深梁跨高比對(duì)短肢剪力墻的影響

　　取肢厚比為6.5的有翼緣試體(FSL2、FSL4、FSL5及FST2、FST4、FST5、)分析深梁跨高比對(duì)短肢剪力墻的影響見表2-2。

　　①隨著深梁跨高比的增大，短肢剪力墻的開裂荷載、屈服荷載、極限荷載逐漸減小，且減小的幅度逐漸減小。

　　②與屈服荷載和極限荷載相比，開裂荷載隨著深梁跨高比的增大，減小的幅度要小。

　　3. 結(jié)論

　　(1)不同影響因素對(duì)模型承載能力影響程度存在差異。縱向比較各種因素的影響程度，可知肢厚比、軸壓比和深梁跨高比對(duì)模型屈服荷載及極限荷載影響較為顯著，無翼墻試體和有翼墻試體之間的開裂荷載、屈服荷載及極限荷載相差很大，而有翼墻試體中的L型試體和T型試體的極限荷載相差不大，但屈服荷載相差很大。

　　(2)對(duì)于含深梁構(gòu)件的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇通過改變墻肢肢厚比和深梁跨高比來提高短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的承載能力。另外，由于一字形短肢剪力墻的延性和平面外穩(wěn)定性比較差，對(duì)于無翼墻試體的使用要慎重。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]容柏生.高層住宅建筑中的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，1997,18 (3):14-19.

　　[2]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB5oolo-2002)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002

　　[3]劉肖凡.箱形轉(zhuǎn)換層上短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系抗震性能研究[D].武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文，2008.

　　[4]宋瀟.帶翼緣短肢剪力墻與異形柱的有限元分析[D].太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2010

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