钢板混凝土组合剪力墙轴心受压有限元模拟与参数分析

作者：李璟; 卢武才^*

来源：钢结构(中英文), 2021, 36(09): 10-18.

DOI：10.13206/j.gjgS20062202

• 钢板混凝土组合墙
• 栓钉
• 轴心受压
• 有限元
• 参数分析

以往的钢板混凝土组合剪力墙研究主要集中在其抗震性能,而对其轴压力学性能和栓钉受力特性研究较少。一方面,一些关键设计参数对墙体的极限承载力和延性的影响规律尚不明确,导致这些参数的取值难以合理地确定。另一方面,墙体中的栓钉作为抗剪连接件,可使钢板与混凝土协同工作,但在试验中栓钉的受力和变形数据难以测得。为了解决这些问题,采用ABAQUS软件建立轴压工况下组合墙的有限元模型,并利用试验研究资料检验该模型的精确性,继而考虑长高比、混凝土强度、钢板强度和栓钉强度等四个参数进行参数分析,以考察这些参数对墙体力学性能的影响。在有限元模型中,混凝土、钢板和栓钉均采用C3D8R实体单元模拟。在混凝土本构关系中考虑了塑性损伤,钢板和栓钉的本构关系均采用二折线模型。创建刚体约束来模拟加载板,并设置两个参考点,分别位于墙体模型顶、底面的中心。将边界条件分配给两个参考点,而荷载向下施加于顶面参考点。通过初始刚度、峰值荷载和钢板局部屈曲的模拟结果验证基本有限元模型准确性,然后调节上述四个参数形成13个有限元模型,得出不同参数下墙体的荷载-位移曲线和极限荷载并进行比较分析。结果表明,有限元模拟的荷载-位移曲线与试验结果吻合良好,而且模拟得出的钢板屈曲规律与试验现象一致,从而证实了有限元建模中采用的材料本构关系、不同材料之间的接触特性、边界条件和理论模型参数设置均合理,可供同类构件分析与设计参考。长高比、混凝土强度和钢板强度对墙体极限承载力影响较大,且极限承载力随这些参数的增大基本呈现线性增长趋势,但是栓钉强度对墙体极限承载力几乎没有影响;提高混凝土抗压强度比提高钢板强度能更有效地提高组合墙的极限承载力;当长高比取值较小时,墙体延性较好;栓钉应力集中在根部,当钢板强度和栓钉强度一致时,栓钉根部应力能基本达到其强度,其抗剪性能发挥较充分。

• 单位
  广东工业大学