既有剪力墙开洞受力性能模拟研究.pdf

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1、２０１５年第１７期（总第１７０期）江西建材建筑与规划设计既有剪力墙开洞受力性能模拟研究１１２２■郭春立，杨代星，李庆，全江伟■１．郑州大学综合设计研究院有限公司，河南郑州４５００００；２．郑州市瑞杰结构加固工程有限公司，河南郑州４５００００摘要：针对既有建筑物中出现的剪力墙开洞问题，对不同开洞大小的剪力墙，运用ＡＮＳＹＳ建立有限元模型，着重研究剪力墙开洞后的受力性能。结果表明：当开洞率在０～２４％裂缝基本上都发生左端墙肢底部及洞口左上角、洞口右下角；当开洞率在２５％以上，裂缝基本上发生在连梁的中部及洞口左上角、洞口右下角，左端墙肢底部。关键词：剪力

2、墙开洞ＡＮＳＹＳ有限元分析在对既有建筑物的改造工程中，往往会由于业主对建筑的功能要图１Ｑ１－ＫＤ２ｘ３裂缝发展情况求，需对剪力墙开洞，将很大程度上降低原剪力墙的承载能力。目前，Ｑ１－ＫＤ２×３最初裂缝发生在洞口的左上角；随着荷载的增大，裂在实际工程中出现的剪力墙开洞问题越来越多，关于剪力墙开洞后的缝在洞口的左上角逐渐沿竖直方向向上延伸，然后贯通整个连梁，同时［１，２］加固方法较少，所以对既有剪力墙开洞的受力性能进行研究，已很在左端墙肢底部、洞口右下角出现水平裂缝；最后，在洞口的左上角出有必要。本文针对不同开洞大小的剪力墙，运用ＡＮＳＹＳ建立有限元模

3、现较多的斜裂缝，开裂比较严重。型，着重研究剪力墙开洞后的受力性能，为采用合理的加固方法做准备。１剪力墙开洞有限元模型的设计根据不同剪力墙开洞大小进行有限元模拟。具体尺寸见下表１所示。表１Ｑ１类开洞剪力墙参数墙体尺寸开洞尺寸洞口中心位置试件开洞率图２Ｑ１－ＫＤ３ｘ３裂缝发展情况宽ｍｍ高ｍｍ厚ｍｍ宽ｍｍ高ｍｍ厚ｍｍＸＹＱ１－ＫＤ３×３仅在竖向荷载作用下，连梁中部就发生开裂；随着水Ｑ１－ＮＤ６０００４２００３０００００无无０平荷载与竖向荷载的增大，连梁中部的裂缝沿竖直方向向上延伸，且出Ｑ１－ＫＤ１Ｘ１６０００４２００３００１０００１０００３００３０００５

4、００４％现大量的竖向裂缝，同时在左端墙肢底部、洞口右下角出现水平裂缝；最后，在连梁中部出现大量的竖向裂缝及斜裂缝，在洞口的左上角出现Ｑ１－ＫＤ１Ｘ２６０００４２００３００１０００２０００３００３０００１０００８％较多的竖向裂缝和向左４５°的斜裂缝，左端墙肢底部出现水平裂缝，洞Ｑ１－ＫＤ２Ｘ２６０００４２００３００２０００２０００３００３０００１０００１６％口右下角出现斜裂缝。Ｑ１－ＫＤ２Ｘ３６０００４２００３００２０００３０００３００３０００１５００２４％３．２开洞剪力墙荷载位移分析Ｑ１－ＫＤ３Ｘ３６０００４２００３００３０００３０００３００３００

5、０１５００３６％表２在轴压比为０．０７时，不同开洞剪力墙的极限荷载和ＵＸ数据表Ｑ１－ＫＤ４Ｘ３．５６０００４２００３００４０００３５００３００３０００１７５０５６％试件极限荷载ｋＮＵＸｍｍ２剪力墙开洞有限元模型的建立Ｑ１－ＮＤ１５５６２．７１２．１选取单元类型Ｑ１－ＫＤ１×１１４８０３．１６有限元模型选用整体式建模的方法，钢筋混凝土采用ＡＮＳＹＳ中特Ｑ１－ＫＤ１×２１４６７３．８２有的ＳＯＬＩＤ６５带筋单元模拟，加载梁在ＡＮＳＹＳ有限元分析中采用［３，４］Ｑ１－ＫＤ２×２１３３２４．１１ＳＯＬＩＤ４５单元来模拟。２．２选取材料模型Ｑ１－ＫＤ２×３１

6、１６４５．２１（１）混凝土的本构关系。混凝土单轴应力应变关系上升段采用文Ｑ１－ＫＤ３×３１０１８４４．２０［５］献规定的公式，下降段则采用Ｈｏｎｇｎｅｓｔａｄ的处理方法，此处采用多Ｑ１－ＫＤ４×３．５４８８４２．２８线性等向强化模型ＭＩＳＯ来模拟；混凝土采用Ｃ３０，抗压强度设计值为１４．３ＭＰａ，抗拉强度取１．４３ＭＰａ，弹性模量为３００００ＭＰａ，泊松比为０．２，通过上表２，我们可以很直观地看出，随着洞口的增大，剪力墙的张开裂缝的剪力传递系数０．１２５，闭合裂缝的剪力传递系数０．９，拉应承载力逐渐减小，位移不断增大，在实际工程中，开洞率３６％以上

7、时，力释放系数采用系统缺省值０．６［６、７、８］。按照《高层建筑混凝土结构技术规程ＪＧＪ３－２０１０》中的３．７．５条规定，（２）钢筋的本构关系。暗柱纵筋、箍筋及墙体竖向和水平钢筋均查得剪力墙结构的层间弹塑性位移角限值为１／１２０，经计算后，＝采用ＨＲＢ４００级钢筋，钢筋采用ＴＩＳＯ双线性等向强化来模拟，弹性模３５ｍｍ，已经超过了规范的要求，必须采取加固措施，以限制侧移及提高量取２０００００ＭＰａ，屈服强度为３６０ＭＰａ，泊松比为０．３。为了避免加载梁开洞剪力墙的承载力。出现局部破坏，其材料属性同钢筋的属性。４结论２．３建立几何模型（１）Ｑ１类墙体

8、，当开洞率在０～２４％裂缝基本上都发生左端墙肢本文的剪力墙建模采用整体式模型，将钢筋连续均匀分布于整个底部及洞口左上角、洞