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近年來，高強(qiáng)高性能混凝土在國(guó)內(nèi)外的高層建筑中應(yīng)用越來越多，高強(qiáng)混凝土剪力墻作為高層建筑中的主要抗側(cè)力構(gòu)件，其抗震性能的好壞對(duì)結(jié)構(gòu)影響很大，大量學(xué)者已對(duì)高強(qiáng)混凝土剪力墻進(jìn)行系統(tǒng)全面地研究。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)普通強(qiáng)度的混凝土剪力墻進(jìn)行的研究工作較多，而對(duì)高強(qiáng)混凝土剪力墻的研究較少，主要是西安建筑科技大學(xué)對(duì)高強(qiáng)混凝土剪力墻做過一些研究，但對(duì)高強(qiáng)混凝土剪力墻來說，仍缺乏系統(tǒng)的理論分析和試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)中所采用的力學(xué)模型和設(shè)計(jì)計(jì)算方法，缺乏試驗(yàn)依據(jù)，這些問題給實(shí)際工程及設(shè)計(jì)帶來很多不便。因此，對(duì)高強(qiáng)混凝土剪力墻進(jìn)行系統(tǒng)的研究是很有必要的。在低周期的反復(fù)荷載試驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用ANSYS有限元分析程序?qū)握{(diào)荷載作用下的高強(qiáng)混凝土組合剪力墻進(jìn)行了非線性有限元分析，通過建立相關(guān)的有限元模型，模擬計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果較為吻合，說明建立的ANSYS有限元模型是合理的，可較為真實(shí)地模擬實(shí)際剪力墻的受力性能。
采用的分析模型為3個(gè)帶邊框的工字形截面高剪力墻，試件編號(hào)分別為SW、TSW和TSW-BT。其中，SW為高強(qiáng)混凝土普通剪力墻，TSW為內(nèi)藏鋼框架高強(qiáng)混凝土剪力墻，TSW-BT為內(nèi)藏斜向支撐鋼框架高強(qiáng)混凝土剪力墻。剪力墻采用C60細(xì)石混凝土澆筑，槽鋼采用熱軋普通5號(hào)(高為50 mm，翼緣寬為37 mm，腹板厚為4.5 mm)，混凝土、型鋼及鋼筋的材料力學(xué)性能實(shí)測(cè)值分別見表。因?yàn)槿齻�(gè)試件基本的配筋是相同的，僅列出TSW-BT的配筋圖及測(cè)點(diǎn)布置圖，如圖所示。
鋼筋混凝土有限元模型，根據(jù)鋼筋的不同處理可以分為分離式、整體式和組合式這三種有限元模型。根據(jù)高強(qiáng)混凝土剪力墻的構(gòu)造特點(diǎn)，這里采用分離式的有限元模型，把混凝土、鋼筋和型鋼作為不同的單元來處理，混凝土、鋼筋和型鋼各自被劃分為足夠小的單元，其剛度矩陣是分開來求解的。
采用solid65單元模擬高強(qiáng)混凝土剪力墻的混凝土，link8單元模擬剪力墻中的鋼筋，shell181模擬剪力墻中內(nèi)包的型鋼、型鋼、鋼筋和混凝土單元采用是共用節(jié)點(diǎn)，鑒于鋼筋和混凝土之間粘結(jié)較好，相對(duì)滑移很小，故將其視為剛性聯(lián)結(jié)，混凝土與鋼筋之間不用聯(lián)結(jié)單元，根據(jù)高強(qiáng)混凝土剪力墻材料的受力特點(diǎn)和試驗(yàn)?zāi)M加載特點(diǎn)，對(duì)于高強(qiáng)混凝土軸向受壓的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，采用多線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型(MISO)，并采用文獻(xiàn)所建議的混凝土單向受壓的應(yīng)力-應(yīng)變公式確定應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。當(dāng)混凝土受到軸向拉伸時(shí)，假定混凝土受拉的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線為直到拉斷均為直線，這時(shí)的彈性模量相當(dāng)于受壓時(shí)的初始彈性模量，鋼筋及型鋼的力學(xué)模型采用雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型(BKIN)，模擬其本構(gòu)關(guān)系。
在有限元分析中，如果考慮混凝土壓碎時(shí)，計(jì)算難以收斂，沒有考慮混凝土的壓碎，在W-W五參數(shù)破壞準(zhǔn)則中，單軸抗壓強(qiáng)度取-1。
在網(wǎng)格劃分中遵循的原則是各單元的節(jié)點(diǎn)能夠位置重合，但由于位置的限制，型鋼的尺寸不可能與實(shí)際情況完全一致，采用等效面積的原則將型鋼薄板單元shell181的厚度進(jìn)行修改。在對(duì)分布鋼筋的模擬上，同樣采用體積配筋率相同和各個(gè)節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一的原則來布置，同時(shí)由于混凝土塊單元solid65和分布鋼筋單元link8單元的節(jié)點(diǎn)是完全耦合的，可以在不考慮保護(hù)層厚度影響的情況下，將鋼筋直接布置在剪力墻墻體外表面，對(duì)型鋼、鋼筋和整體所建立的有限元模型如圖所示。
在對(duì)試驗(yàn)的加載方式及過程進(jìn)行模擬時(shí)，高剪力墻的水平加載點(diǎn)位于加載梁兩側(cè)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)處，為了避免由于局部荷載過大導(dǎo)致的單元模型局部變形過大，將加載梁中的混凝土塊單元用線彈性材料替代原模型中的多線性塑性材料，并將材料的彈性模量擴(kuò)大為普通混凝土的10倍。為了模擬試驗(yàn)中基礎(chǔ)梁對(duì)墻體的固結(jié)作用，在有限元模型中對(duì)墻體底部的所有節(jié)點(diǎn)的全部自由度進(jìn)行約束。
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