基于分层壳模型的空心墙板结构有限元分析方法研究

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现浇混凝土空心楼板与配筋砌块砌体剪力墙有着相类似的材料组成特点,即各自内部均存在不连续的孔洞。所不同的是,配筋砌块砌体剪力墙的空洞内需灌注混凝土,而楼盖则为空心孔。目前,已有文献中常采用精细建模或等代梁进行模拟,效果都不很理想。为此,本文基于分层壳的分层特点,通过设置连续“空心层”或灌芯层模拟非连续的孔洞或灌芯混凝土,同时通过调整层在厚度方向的位置,保证板或墙在平面内外抗弯刚度相等,进而实现对混凝土空心楼板和配筋砌块砌体剪力墙平面外受力的准确模拟,取得以下研究成果:(1)通过对不同孔洞率空心楼板X向刚度与Y向刚度折减系数的计算,确定了平行于布管方向截面的刚度要略小于垂直于布管方向截面的刚度。在孔洞率在0.3时两向刚度的比值接近于1,可以将其视为各向同性板来简化计算。(2)考虑到现浇混凝土空心楼板的空心特点,本文提出了适用于现浇混凝土空心楼板“空心层”和配筋砌块砌体剪力墙灌芯层的分层壳模型,具体设置如下:①通过设置沿中性轴对称的2条连续“空心层”条带,即其弹性模量设置为一个很小值;②在保证现浇混凝土空心楼板空心率相等的前提下,通过调整“空心层”条带间的距离,使得分层壳单元在计算方向上的平面外刚度与实际空心楼板相等。③考虑到现浇混凝土空心楼板各向同性“空心层”的受力特点,“空心层”可按各向同性材料设置。除采用不同的材料属性模拟灌芯层外,对配筋砌块砌体剪力墙灌芯层的设置与“空心层”基本一致。(3)运用Marc有限元分析程序,先后对文献[48]中5块现浇混凝土空心楼板和文献[70,71]中3片配筋砌块砌体剪力墙的试验全过程进行了模拟。通过对比板或墙塑性区的位置及开展程度、荷载-位移曲线、钢筋屈服等复杂非线性力学行为,计算结果和试验结果吻合良好,表明了模型的实用性,可用于工程设计和分析。
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