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钢筋混凝土剪力墙平面外稳定问题的有限元分析
范凌峰,朱召泉
河海大学土木工程系,南京 (210098)
E-mail:power8398@sina.com
摘 要:钢筋混凝土剪力墙作为一种合理有效的抗侧力构件形式,在工程中得到了广泛的应
用。但在其墙身平面外抗侧刚度的性能研究还不够深入。本文利用非线性有限元分析方法对
某整体剪力墙进行了弹塑性分析,研究了剪力墙厚度、体积配筋率以及边缘构件的影响,并
对工程设计提出了建议。
关键词:剪力墙,平面外,稳定,有限元
1.引言
剪力墙结构是用于承受竖向荷载和抵抗侧向力的结构,也称为抗震墙结构,整体性好,
承载力及侧向刚度大。结构设计时,剪力墙按平面构件考虑,其自身平面内有较大的承载力
和刚度,平面外的承载力和刚度小,一般不考虑剪力墙平面外的承载力和刚度。但是在有些
大空间结构中,楼板的跨度较大,在支承剪力墙处作用的弯矩很大,且上部传下很大的竖向
荷载,此时剪力墙类似一压弯构件。当剪力墙厚度很薄时,剪力墙可能出现平面外失稳的问
题。本文利用非线性有限元分析方法对某底层整体剪力墙进行了弹塑性分析,研究了剪力墙
厚度、体积配筋率以及边缘构件的影响,并对工程设计提出了建议
[1]
。
2.有限元模型
某 16 层剪力墙结构,底层层高 3200mm,单片墙墙肢跨度为 4200mm。采用 C30 级混
凝土,墙肢的分布钢筋采用 HPB235 级钢筋。剪力墙承受上部传来恒定的轴压力 N=500kN,
弯矩由二层楼板作用产生,通过逐级施加弯矩 M 来分析剪力墙的平面外失稳情况。
利用通用有限元分析软件 ANSYS 建立有限元分析模型。取单片剪力墙(见图 1),跨长
为 4200mm,高为 3200mm,厚度为 t。采用了三维 8 节点等参元 SOLID65,钢筋混凝土剪
力墙有限元模型采用整体式模型,将钢筋分布于剪力墙单元中。假设混凝土和剪力墙纵横向
分布钢筋粘结很好,并将单元视为连续均匀材料。混凝土采用 William-Warnke 五参数强度
模型失效准则。分布钢筋分析时简化为理想弹塑性模型,采用 Von Mises 屈服准则,为双线
性各向同性硬化材料。
材料性能:
(1)混凝土弹性模量 E=2.4x10
4
MPa,泊松比
=0.2,单轴抗拉强度
t
=1.43MPa,裂缝张
开传递系数 0.35,裂缝闭合传递系数 1,关闭压碎开关。
(2)分布钢筋弹性模量 E=2x10
5
MPa,泊松比
=0.25,屈服应力
y
=210MPa,配筋率为
VR,沿长度方向和高度方向放置钢筋
[4][5]
。
钢筋混凝土剪力墙的有限元模型(见图 2)。