EPS模块剪力墙与普通剪力墙等效关系分析

2021-09-07滕达

山西建筑 2021年18期

滕达

(河南理工大学土木工程学院，河南焦作 454000)

0 引言

如今绿色节能建筑随着我国低碳环保理念的日益推进也越来越受到关注，EPS(Expandable Polystyrenes，简称EPS)模块因为很好地符合绿色节能建筑要求而被广泛应用。EPS模块是一种泡沫板材,最大的特点是保温性能好，还可实现结构—保温一体化。在加工过程中依据施工模数和相关规范等要求，将加热发泡后的原材料经相应工序加工成型。但由于自身芯肋的存在，会造成墙体混凝土的不连续、削弱钢筋和混凝土的粘结作用等不利影响，墙体性能也和实体剪力墙存在区别，为了更好地研究EPS模块剪力墙墙体，有必要建立起该种墙体和普通剪力墙墙体之间的等效关系。

1 Abaqus简介

Abaqus早期是HKS公司的产品，后被达索公司收购，故也称为达索Simulia。该软件的强大之处在于它对非线性问题的分析计算。伴随着相关理论与计算机技术的不断发展，该款软件逐步克服了使用过程中的各种问题漏洞，得到改进后的软件如今已趋于完善。Abaqus由Standard，Explicit两大求解器以及CAE前后处理等核心模块组成，该软件提供了一套非常完善的材料模型库和单元库，因此被广泛运用于机械制造、土木工程等领域[1]。在这些领域中，除了可有效地进行冲击碰撞分析、弹塑性分析、模态分析等分析外，还能进行各种耦合分析、质量扩散分析等[2]，并且结果较为精确。

2 原EPS模块剪力试验基本情况

本文参照文献[3]中的EPS模块剪力墙结构试验,该试验基本介绍如下。

根据以往相关研究，EPS模块剪力墙抗震性能受高宽比影响较为明显，为了充分考虑高宽比影响，本文设置1.2和2的两组不同高宽比试件。表1和图1分别给出了原试件的参数和有限元模型。

表1 原试件参数

3 等效墙厚模型建立

3.1 材料本构

1)混凝土材料本构。混凝土本构的选取直接关系到分析计算的准确性和收敛性，本文采用《混凝土结构设计规范》附录C中的混凝土单轴受拉(压)应力—应变关系。

2)混凝土塑性损伤模型。为了更好模拟墙体破坏过程，采用混凝土CDP模型，引入受拉损伤因子dt和受压损伤因子dc；为了更接近真实破坏，对于损伤部分设置拉(压)刚度恢复系数(ωt，ωc)，软件默认ωt=0，ωc=1。

3)钢筋材料本构。选择弹性—强化模型为钢筋本构关系模型，把钢筋应力—应变关系看作两折线段，第一段直线斜率是钢筋弹性模量，第二段直线斜率为第一折线段斜率的1/100，即Es′=0.01Es。

3.2 加载制度

文献[3]中的试验采用力—位移混合控制，有限元模拟时为了加载过程的方便，采用位移控制加载模式[4]，极限位移参照文献[3]实验中的极限位移，试算后确定W-1的极限位移取10 mm，W-2的极限位移取14 mm。

3.3 有限元模型建立

为了等效芯肋处不连续对墙体整体性的削弱，本文采用减小墙厚的方式，用厚度比原墙体稍小的实心混凝土墙体来等效带孔洞的墙体。通过设置高宽比分别为1.2(Ⅰ组)和2(Ⅱ组)的有限元模型，Ⅰ，Ⅱ两组分别取120 mm，115 mm，110 mm，105 mm四个厚度变量，轴压比和混凝土强度均与原试验一致，竖向筋和水平筋为直径8 mm的一级钢筋，间距300 mm双向布置，Ⅰ，Ⅱ组等效模型如图2和图3所示。

4 结果分析

在对比分析时，本文着重分析E0(初始刚度)和Pmax(极限承载力)，表2给出了原EPS模块剪力墙的相关力学指标，其中Δy为屈服位移；Δu为极限位移；μ为延性。

表2 原试验的相关力学指标

图4和图5给出了Ⅰ组和Ⅱ组墙体的刚度退化曲线和骨架曲线。

表3给出了等效模型主要力学指标与偏差。

由表3和图4可得，在Ⅰ组墙体中，当等效墙厚在120 mm，115 mm,110 mm范围时，等效后E0和原试件E0相比分别高出9.56%，5.88%，2.94%，由此可见，在一定范围内，Ⅰ组墙体存在E0随等效厚度的减小而降低的规律，并且在该范围内，均大于原墙体E0；但是，当等效墙厚为105 mm时，和原墙体相比，却存在E0减小的现象。