夹层橡胶垫耗能剪力墙非线性有限元分析.pdf

低温建筑技术
2010年第8期(总第146期)
夹层橡胶垫耗能剪力墙非线性有限元分析
孙颖
东北石油大学土木建筑工程学院,黑龙江大庆163318)
摘要为了研究在单调及往复荷载作用下夹层橡胶垫耗能低剪力墙结构的非线性性能,本文建立了添
加夹层橡胶墊的耗能低剪力墙结构与非耗能低剪力墙结构有限元分析模型,分别对两种结构进行了有限元数值
模拟计算,并对破坏形态、承载力情况、变形性能进行了详细的对比分析。分析结果表明,夹层橡胶垫耗能低剪力
墙的延性显著增强
关键词】剪力墙,非线性,延性;夹层橡胶垫
中图分类号】TU398.2
【文献标识码】B
文章编号】1001-6864(2010)08-0064-02
当混凝土低剪力墙的高宽比较小时(≤1),其破象,采用均布力荷载。至结构构件破坏为止。
坏形式为剪切破坏,破坏过程短暂而突然,属明显的脆3监测节点布置
性破坏,其塑性变形和延性系数均难以满足地震设防
为详细了解两种剪力墙在动力荷载作用下的力
区构件的抗震性能要求。为政善高强混凝土低剪力墙学性能,在整体墙(SW-1)和耗能低剪墙(SW-2)上
的抗震性能,使髙强混凝土充分发挥它的承载力优势,设特征节点位置分别如图3、图4所示。
本文对新型夹层橡胶垫耗能低剪力墙结构建立有限
元分析模型2],并应用有限元计算程序对耗能墙低
剪力墙进行了非线性分析。
有限元计算模型
ck4·lD
图3SW-1特征节点布暨图
图4S-2特征节点布蟹图
4计算结果对比分析
在单调加载加载情况下破坏形态对比分析
图1SW-1网格划分图
图2SW-2网格划分图
高强混凝土整体墙S-1和增加夹层橡胶墊的耗
能低剪力墙S2墙体有限元分析网格划分如图1、图
2所示。模型底部施加固定约束,在横梁顶部左侧施
加水平均布荷载,在模型顶部施加竖向的均布载荷。
图5SW-1破坏情况
图6SW-2波坏情况
在 ANSYS模拟分析中,混凝土用 Solid65单元模
(1)SW-1当水平施加荷载值达到147kN(约
拟,这是专门的混凝土单元,可以考虑开裂;锅筋用为极限荷载的40%)时在墙体中部出现与水平方向成
ink8杆件单元模拟;夹层橡胶垫用 contas2单元模拟。45°角的微小斜裂缝;当荷载为162kN时(约为极限荷
2加载方式
载的44%),在墙体中部出现较多的微小斜裂缝,同时
结构分析采用的是 ANSYS 9结构分析软件,在分在左侧钢筋混凝土柱根部出现微小的裂缝;当荷载为
析过程中采用单调加载和往复加载的方式对结构进206kN(约为极限荷载的56%)时,沿墙片主对角线方
行加载,对结构进行非线性分析,经反复计算求出结构向出现大量的微小斜裂缝,此时可认为沿墙片主对角
构件的极限荷载值。
线方向形成贯通长裂缝,与此同时在钢筋混凝土柱的
在加载过程中,首先在结构构件顶部施加竖向荷端部也出现了许多微小斜裂缝;当荷载值达到294kN
载,量值为350kN(轴压比为0.1),然后在结构构件的(约为极限荷载的80%)时墙片中部出现了压碎区域,
横界面方向施加水平荷载。为防止出现应力集中现面积较小;当荷载进一步増加至323kN时压碎区面积
孙颖:夹层橡胶垫耗能剪力墙非线性有限元分析
沿墙片主对角线方向扩展,当荷载值达到368kN时,而SW-2应变最大值发生在夹层橡胶垫的位置,有效
墙片破坏。因此其极限荷载值为368kN。
地验证了应用夹层橡胶垫作为耗能系统的耗能性能。
(2)SW-2当荷载为96kN(约为极限荷载的
由表4结果显示,SW-2的承载力较SW-1降低
47%)时在左右两侧的钢筋混凝土柱端部均出现了微44%,但变形性能增加141.3%,可以证明利用夹层橡
小的裂缝;当荷载为123kN(约为极限荷载的60%)胶垫的小刚度大变形性能可以有效改善整体墙的变
时,上下墙片中部均出现与水平方向呈45°角的斜裂形性能,从而改善低剪力墙结构的抗震性能。
缝;当荷载为164kN(约为极限荷载的80%)时,在钢
筋混凝土柱的根部裂缝增加,上下墙片暗梁处出现密
表3
边柱特征节点的应力应变值
集的裂缝分布;当荷载达到170kN(约为极限荷载的
节点1节点2节点3节点4
83%)时,上下墙片与夹层橡胶垫连接处出现压碎区
应力Sw-14.3144.400
7.293
域,钢筋混凝士柱根部出现较大的裂缝;随着荷载的增NmSW23:2202.1912.1392.602
加,上、下墙片中沿主对角线方向的裂缝迅速开展,钢
应变SW-1
1730
筋混凝土柱的裂缝也逐渐由端部向中部开展,至构件
SW-2
269
885
破坏为止。其极限荷载为205kN。
表1
SW-1和SW-2破坏情况对比分析
表4
极限荷载、极限位移计算结果
水平荷载x100%破坏方向
极限荷载/kN
极限位移/mm
极限荷载
破环情况
SW-1
368
1.109
Sw-1
56
主对角线方向出现通长裂缝
Sw-2
205
2.675
Sw-2
主对角线方向出现微小斜裂缝
Sw-1
墙片
出现压碎区域
5结语
出现压碎区域
Sw-2
暗梁部位墙片
(1)夹层橡胶垫耗能低剪力墙的极限承载力虽
未见压碎区域
然较整截面低剪力墙结构有一定的降低,但变形和耗
能能力却大大的增强.
SW-1与SW-2相比,SW-1的破坏形式为典
(2)普通整截面低剪力墙结构的破坏形式为剪
型的剪切破坏,破坏部位集中在墙片主对角线方向上,切型破坏,破坏突然,承载力下降迅速;而夹层橡胶垫
通过自身的变形耗能,破坏严重;而SW-2利用夹层耗能低剪力墙结构的破坏为延性破坏,承载力下降缓
橡胶垫良好的变形性能耗散地嚴能量,使变形相对集慢,结构具有很好的变形能力。
中在耗能器的部位,延缓和减轻了墙体的破坏,破坏为
延性破坏。
4.2特征节点应力应变数据对比分析
参考文献
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表2
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Sw-2
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由表2,沿墙片主对角线方向上SW-2的应力、应
变值均小于SW-1相应的值,即SW-2所承担的剪
应力较SW-1有所降低;