钢筋混凝土剪力墙建模及分析.docVIP

《钢筋混凝土结构有限元分析》课程期末作业 2006 ABAQUS 中的钢筋混凝土剪力墙建模 6 2006-5-29 一、试验标定 选用ABAQUS 中的塑性损伤混凝土本构模型，分离式钢筋建模，建立平面应力模型模 拟钢筋混凝土剪力墙的单调受力行为。李宏男（2004）本可以提供比较理想的基准试验。然 而计算发现，该文中试验记录的初始刚度普遍偏小，仅为弹性分析结果的 1/5~1/8，原因不 明，故此处不予采用。左晓宝（2001）研究了小剪跨比开缝墙的低周滞回性能，其中有一片 整体墙作为对照试件，本文仅以这片墙为基准标定有限元模型。 图1：剪力墙尺寸与配筋 该试件尺寸及配筋如图1 所示。墙全高750mm，宽800mm，厚75mm，墙内布有间距 φ6@100 的分布钢筋，墙两端设有暗柱。混凝土立方体抗压强度为54.9MPa，钢筋均为一级 光圆筋。 （a）墙体分区及网格 （b）钢筋网 图2：ABAQUS 中的有限元模型 剪力墙采用平面应力八节点全积分单元，墙上下两端各加设100mm 高的弹性梁。钢筋 采用两节点梁单元，通过 Embed 方式内嵌于墙体内。模型网格及外观如图 2 所示。墙下弹 性梁底面嵌固。分析中，先在墙顶施加 160kN 均布轴压力，再在墙上方弹性梁的左端缓缓 施加位移荷载。 ABAQUS 中损伤模型各参数取值如表1、图3 所示。未说明的参数均使用ABAQUS 默 认值。 《钢筋混凝土结构有限元分析》课程期末作业 2006 表1：有限元模型材料属性 混凝土 钢筋 材料非线性模型 Damaged Plasticity Plasticity 初始弹性模量（GPa） 38.1 210 泊松比 0.2 0.3 膨胀角（deg） 50 初始屈服应力（MPa） 13 235 峰值压应力（MPa） 44 峰值压应变（με） 2000 峰值拉应力（MPa） 3.65 注：其中混凝土弹性模量为文献中提供的试验值，其余均为估计值。 50 4 40 30 3 2 20 1 10 0 0 0 0 0.05 0.1 0.003 0.006 0.009 裂缝宽度(mm) 塑性应变 0 0.0007 0.0014 开裂应变 （a）压应力-塑性应变曲线 （b）拉应力-非弹性应变曲线 （c）受拉损伤指标-开裂应变曲线 图3：混凝土塑性硬化及损伤参数 ABAQUS 的混凝土塑性损伤模型用两个硬化参数分别控制混凝土的拉压行为，同时可 以分别引入受压和受拉损伤指标。本文受压硬化曲线采用 Saenz 曲线（式 1），可用表 1 中 列出的初始弹性模量、峰值应力和峰值应变唯一确定。受拉软化曲线采用 Gopalaratnam 和 Shah（1985）曲线（式2），并采取江见鲸建议参数k=63，λ=1.01，如图3（b）所示。本文 模型只定义受拉损伤指标，损伤指标随开裂应变的变化如图 3（c）所示，当开裂应变小于 时，损伤指标线性增大，开裂应变超过0.0014 后，损伤指标保持固定值0.6。 σ c = E ε 0 c 2 ? ε ?? ε ? ? ε ? E 1 2 + ? 0 0 ? ?? c ? + ? c ? σ ε ε ? ?? ? ? ? 0 0 0 （1） σ = ? ω （2） e k λ t ft 图4 比较了采用4 节点单元和8 节点单元得到的剪力墙荷载-位移曲线，并同时画出了 文献中提供的荷载-位移骨架线。可见 8 节点单元模型的计算结果较 4 节点单元模型更加平 滑顺畅，下降段也比较稳定。二者在达到峰值之前差别不大，但软化行为则相差较多。这可 能与基于开裂应变定义的损伤指标引入的网格依赖性有关，本文对此不做深入讨论。 与试验曲线相比，有限元分析得到的荷载-位移曲线初始刚度略大，且墙底开裂（图中 1 点）时刚度退化不如试验中显著，导致之后的分析结果位移偏小。受拉侧钢筋屈服后计算 得到的刚度与试验曲线比较接近，不久主斜裂缝的出现使墙的承载力进入软化段，被主要裂 缝穿过的钢筋均进行屈服段。软化过程中墙体形成了新的主斜裂缝并最终沿这条主斜裂缝破 坏。图5、6 分别展示了剪力墙在受力全过程中关键点处的混凝土主拉应变和钢筋大主应力。 与试验曲线相比，计算结果刚度偏差较大，承载力基本一致。 《钢筋混凝土结构有限元分析》课程期末作业 2006 300 3 250 2 200 4 150 1 100 试验 4节点 50 8节点 0 0 2 4 6 8 位移(mm) 图4：荷载-位移曲线之比较 图5：混凝土主拉应变 图6：钢筋大主应力 二、参数讨论 分析中存在两类参数。一类是有限元模型中难以从试验直接得到的参数，比如混凝土的 损伤行为等，这类参数的不确定性直接影响了有限元分析结果的可靠性，也正是因为有限元 模型中经常存在这类参数