冷弯型钢混凝土剪力墙抗震性能有限元分析

朱 林

(河南理工大学，河南 焦作 454000)

1 概述

随着建造技术及相关建筑企业快速发展，剪力墙的应用高度也在不断提高，这对剪力墙抗震性能提出了越来越高的要求。带暗支撑冷弯型钢高强混凝土剪力墙不仅符合我国建筑发展的要求，而且具有自重轻、耗能好、变形能力强等优点，适用于高层建筑。曹万林[1-3]、王玉镯[4,5]等研究了带暗支撑剪力墙的抗震性能；刘洪波[6]、周梦杰[7]等研究了高性能混凝土剪力墙的抗震性能。

本文利用有限元软件ABAQUS对参考文献[8]的试件进行数值模拟分析，模拟结果与试验吻合较好。在此基础上，分析剪跨比对结构抗震性能的影响，为该结构在高层建筑中的应用提供参考。

2 几何模型

该试件由加载梁(截面尺寸：300 mm×300 mm)、基础梁(截面尺寸：350 mm×450 mm)以及墙体组成，墙体高度为1 290 mm，截面尺寸为800 mm×120 mm。试件浇筑时采用混凝土强度等级为C60。试件尺寸如图1所示。试件的配筋图如图2所示。加载梁顶部按照设计轴压比施加竖向轴力，竖向轴力在试验加载过程中保持不变，施加完轴力然后施加水平荷载。

3 有限元模型

3.1 有限元模型建立

利用有限元软件ABAQUS建立了参考文献中试件的数值分析模型。钢筋和型钢采用弹塑性双折线模型，高强混凝土采用塑性损伤(Concrete Damaged Plasticity)模型。加载梁、地梁以及混凝土墙板网格采用C3D8R，型钢骨架网格采用S4R，钢筋骨架采用T3D2。有限元模型如图3所示。

3.2 试验与有限元对比分析

3.2.1滞回曲线对比

滞回曲线对比如图4所示。从图4可以看出，有限元模拟出来的滞回曲线比试验得出的滞回曲线要更加饱满，捏拢效果较轻，主要是模拟过程中忽略了内部型钢骨架、钢筋骨架与高强混凝土墙板之间的滑移；型钢和钢筋本构关系采用的是随动硬化模型，对试件中钢材的鲍辛格效应考虑的比较理想化，不能够完全表达出试件中钢材在循环荷载作用下的损伤。

3.2.2破坏模式对比

破坏形态对比图如图5所示。从压缩损伤云图和拉伸损伤云图可以看出，模拟剪力墙破坏集中在底部和左右两侧，与试验破坏形态基本一致。

4 剪跨比参数分析

为研究剪跨比对试件抗剪承载能力以及延性性能的影响，设置了两种不同剪跨比的试件(剪跨比分别为1.9，2.0)，与参考文献中试件(剪跨比为1.8)进行对比分析。试件的编号分别为HRCW-1-1.8-DZ,HRCW-1-1.9-DZ,HRCW-1-2.0-DZ。通过对三种不同剪跨比的剪力墙进行低周反复数值模拟，分析剪跨比对剪力墙抗剪承载能力以及延性性能的影响。

4.1 滞回曲线

三个试件的滞回曲线如图6所示。从图6可以看出，加载初期，荷载—位移曲线呈直线关系，滞回环面积较小；随着位移的增大，荷载—位移曲线变弯曲，滞回环面积增大；位移继续增大，试件承载力开始下降直至破坏。从图6中可以看出，试件抗剪承载力随着剪跨比的提高而减小。

4.2 骨架曲线

三个试件的骨架曲线如图7所示。从图7可以看出，加载初期，骨架曲线斜率较大，说明该类型结构具有较好的初始刚度和承载力；随着位移的增大，骨架曲线变弯曲，剪力墙的水平承载力随着位移的加载增加变缓；位移继续增大，试件水平荷载达到峰值荷载，随后剪力墙的承载力开始下降直至破坏。三个试件的参数见表1。

从表1数据可得：试件随着剪跨比的提高，抗剪承载力逐渐降低，延性逐渐提高。

表1 剪跨比分析数据

4.3 刚度退化曲线

三个试件的刚度退化曲线如图8所示。从图8可以看出，三个试件的刚度退化曲线基本一致，后期刚度退化速度较缓慢。说明该结构具有较好的延性。

5 结语

1)利用有限元软件ABAQUS对参考文献中的试件进行数值模拟分析，模拟结果与试验吻合较好。2)试件随着剪跨比的提高，抗剪承载力逐渐降低，延性逐渐提高。3)试件的刚度退化速度缓慢说明该结构具有较好的延性。