框支梁偏心托換長(zhǎng)翼緣剪力墻的有限元分析

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1、V01．42，No．4滬I。J遣材第42卷第4期August，2016Sich“口，l艿l‘f磁贏lIf口紀(jì)一口152016年8月框支梁偏心托換長(zhǎng)翼緣剪力墻的有限元分析張浩1，孟玲輝2(1．山東省濱州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東濱州256600；2．山東濱州城建集團(tuán)公司，山東濱州256600)摘要：結(jié)合山東某工程實(shí)例，運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS建立模型進(jìn)行數(shù)值模擬分析，對(duì)框支梁偏心托換長(zhǎng)翼緣剪力墻(偏置L型剪力墻)的變形特性、截面應(yīng)力分布進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，偏置L型剪力墻與框支梁有一定的協(xié)同工作能力，但所產(chǎn)生的扭矩不容忽視，所取模型是合理的，計(jì)算結(jié)果是可靠的，能為設(shè)計(jì)提供參考。關(guān)鍵詞：AN

2、SYS；偏心框支梁；長(zhǎng)翼緣剪力墻；協(xié)同工作中圖分類號(hào)：TU398．2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1672—4011(2016)04—0078—03DOI：10．3969／j．issn．1672-4011．2016．04．0380前言近年來(lái)高層建筑發(fā)展迅速，建筑向體型復(fù)雜、功能多樣的綜合性方向發(fā)展，因而相應(yīng)結(jié)構(gòu)形式也復(fù)雜多樣。其中框支轉(zhuǎn)換梁是應(yīng)用最普遍的一種方式。由于建筑要求，有時(shí)被轉(zhuǎn)換的剪力墻(或柱)不在轉(zhuǎn)換梁的中軸線上，而是存在偏心，這時(shí)的轉(zhuǎn)換梁就是偏心轉(zhuǎn)換梁?。工程上剪力墻布置大多為L(zhǎng)型或T型，為了研究這種偏置剪力墻與框支梁的協(xié)調(diào)作用機(jī)理，本文以山東某一實(shí)際工程為例，利用ANSYS有限元

3、軟件分析了豎向荷載作用下此種結(jié)構(gòu)的工作性能，為工程設(shè)計(jì)提供參考。1計(jì)算模型的選取該工程是剪力墻結(jié)構(gòu)體系，地下2層，地上33層(含4層裙樓)，高度99．8m，設(shè)有托墻式的梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層1層，位于地上3層。結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0．10g，設(shè)計(jì)地震分組為第1組，建筑場(chǎng)地類別為II類。轉(zhuǎn)換大梁截面為1．2m×1．2m。轉(zhuǎn)換大梁為普通混凝土轉(zhuǎn)換梁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35。長(zhǎng)翼緣剪力墻(L型)由圖示兩根垂直相交轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行托換，由于建筑功能的布置要求，L型剪力墻對(duì)下部轉(zhuǎn)換梁有較大的偏心。本文使用ANSYS軟件對(duì)偏置L型剪力墻框支梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，探究其變形

4、特征及受力特性，以給實(shí)際工程以參考。2有限元模型的建立2．1混凝土本構(gòu)關(guān)系混凝土本構(gòu)關(guān)系模型對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的非線性分析有重大影響，本文采用Hognestad建議公式表達(dá)應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，屈服準(zhǔn)則采用Mises準(zhǔn)則。對(duì)于混凝土軸向受拉，在計(jì)算中假定混凝土受拉時(shí)的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系直至拉斷均為直線，彈性模量等于受壓時(shí)的初始彈性模量。混凝土的等效應(yīng)力一應(yīng)變曲線在上升段取5個(gè)點(diǎn)，下降段取2個(gè)點(diǎn)。屈服壓應(yīng)變島取0．002，極限壓應(yīng)變占。取0．0038，泊松比t，=0．2。作者簡(jiǎn)介：張浩(1778一)，女，黑龍江哈爾濱人，本科，：r-ca師，主要研究方向：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?！?8·2．2混凝土的有限元單元模

5、擬混凝土采用ANSYS中提供的Solid65單元來(lái)進(jìn)行模擬，Solid65單元是在Solid45單元基礎(chǔ)上考慮混凝土的特性而建立的，因此該單元具有Solid45單元的特性外，其允許材料在積分點(diǎn)開裂和壓碎，裂縫為彌散型。彌散裂縫模型也被稱為分布裂縫模型，其實(shí)質(zhì)是將實(shí)際的混凝土裂縫“彌散”到整個(gè)單元中，將開裂后的混凝土處理為各向異性材料，利用混凝土本構(gòu)模型來(lái)模擬裂縫的影響。這樣，當(dāng)混凝土某一單元的應(yīng)力超過(guò)了開裂應(yīng)力，則只需將本構(gòu)矩陣加以調(diào)整，無(wú)需改變單元形式或重新劃分單元網(wǎng)格舊1。Solid65單元通過(guò)實(shí)常數(shù)還可以定義不同的加固材料，本文研究模型中鋼筋(箍筋)采用混凝土的實(shí)常數(shù)來(lái)彌散分布。本

6、研究采用裂縫剪力傳遞系數(shù)來(lái)表示裂縫面的情況，其值為。一1，0表示光滑，l表示裂縫面粗糙。本文取裂縫張開時(shí)的裂面剪力傳遞系數(shù)為0．30，裂縫閉合時(shí)的裂面剪力傳遞系數(shù)為0．95Mo。如果某個(gè)混凝土單元積分點(diǎn)上的應(yīng)力達(dá)到單軸、雙軸或三軸壓應(yīng)力極限，認(rèn)為該點(diǎn)被壓碎。如果該點(diǎn)被壓碎，則認(rèn)為該積分點(diǎn)所控制的區(qū)域完全喪失了全部強(qiáng)度，該部分的剛度“死亡”，進(jìn)行應(yīng)力轉(zhuǎn)移，該部分的剛度矩陣取為零矩陣，應(yīng)力全部釋放，根據(jù)相關(guān)資料和求解經(jīng)驗(yàn)[，j，為了獲得更好的收斂性，本文關(guān)閉混凝土的壓碎檢查。2．3模型的有限元網(wǎng)格劃分節(jié)點(diǎn)模型的有限元網(wǎng)格采用映射網(wǎng)格劃分，由于構(gòu)件體形比較復(fù)雜，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格劃分不規(guī)則，為了能使

7、其進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分，需對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行工作面切分。依照剪力墻的形狀對(duì)轉(zhuǎn)換梁及轉(zhuǎn)換柱進(jìn)行工作面切分，切分完畢后再進(jìn)行合并節(jié)點(diǎn)操作，然后按照材料屬性分別對(duì)剪力墻、框支梁和框支柱進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分的大小依據(jù)混凝土單元尺寸不宜小于50mm。6o的建議(本文取100mm)。2．4有限元模型的邊界約束、加載及求解控制計(jì)算模型中約束柱底節(jié)點(diǎn)的所有自由度，不考慮樓板對(duì)轉(zhuǎn)換梁剛度的貢獻(xiàn)。根據(jù)PKPM的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，在墻頂施加均布面荷載。本次計(jì)算采用非對(duì)