预制装配整体式混凝土剪力墙结构墙板节点非线性有限元分析

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发布时间：2021-09-05

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预制装配整体式混凝土剪力墙结构墙板
节点非线性有限元分析
陆铁坚。王鹏皓，杨诗龙，宋宁
(中南大学土木工程学院，湖南长沙410000)
摘要：节点之间如何连接、传力、协同工作是装配式钢筋混凝土结构所需研究的核心问题，具体来说就是节点之间的钢筋
连接和混凝土界面的处理。在已有试验的基础上，采用ANSYS有限元分析软件中的弹簧单元模拟混凝土界面模型，对墙
板节点进行非线性有限元分析，并与试验结果进行比较，结果符合较好，验讧了有限元模型和计算参数的合理性。并对连
接钢筋强度和锚固形式对节点受力性能的影响进行比较。研究结果表明：预制装配整体式剪力墙结构墙板节点具有良好
的承载力，在节点连接可靠的情况下可以达到与现浇结构构件相当的抗震性能。
关键词：装配式剪力墙结构；墙板节点；界面模型；非线性有限元分析；抗震性能
中图分类号：TU398．2 文献标志码：A 文章编号：1672—7029(2015)02—0342—06
Nonlinear finite element analysis of wall slab joints
of precast concrete shear wall structures
LU Tiejian，WANG Penghao，YANG Shilong，SONG Ning
(School of Civil Engineering，Central South University，Changsha 410075，China)
Abstract：How to connect，transfer force，work collaboratively between the joints is the key problem for the pre—
cast reinforced concrete structures．Specifically，it is mainly involved with the connection of the steel bar and the
disposal of the concrete interface．Based Oil the existing experiments，the spring element in ANSYS software was u—
tilized to simulate the interlace model of concrete and conduct a nonlinear finite element analysis of wall slab
joints．Compared with the experimental results，the simulated results show good agreement，which validates the ra—
tionality of the finite element model and the calculation parameters．The influence of strength and anchor forms of
connecting steel bars on the mechanical behavior of joints was also investigated．The research resuhs demonstrate
that the wall slab joints of precast shear wall structures possess a good bearing capacity，which can achieve a simi．
1ar seismic performance with the cast—in—situ structure components for the case of reliable joints connection．
Key words：precast shear wall structures；wall slab joints；interface model；nonlinear finite element analysis；
seismic performance
随着我国经济迅猛发展，人们需求不断提高，
公共住宅大规模建设，实行住宅产业化已是不可阻
挡的趋势。其中中南集团已将从澳大利亚康诺克
公司引进的NPC(New precast concrete)技术，即新
型预制混凝土装配技术，成功运用于实际工程，很
好的促进了这一趋势的发展。预制装配整体式混
收稿日期：2014—08～10
通讯作者：陆铁坚(】963一)，男，湖南岳阳人，教授，博士，从事高层结恂抗震研究；E—mail：tiejian@mail．esu．edu．cn
第2期陆铁坚，等：预制装配整体式混凝土剪力墙结构墙板节点非线性有限元分析 343
凝土剪力墙结构是一种新的符合我国住宅产业化
的结构形式，属于NPC技术的一种，其原理是采用
预制钢筋混凝土墙、叠合梁、叠合板代替现浇构件，
通过预埋连接件或预留插孔连接钢筋以及后浇混
凝土将墙、梁、板及节点连接形成整体¨j。
目前，国内外对于预制装配式混凝土剪力墙结
构的研究都还不是很完善，仅有Kurama等主
要对混合预应力装配式连肢剪力墙结构进行了大
量试验研究和理论分析。而国内研究多集中在装
配式框架结构体系和装配式短肢剪力墙结构体系
上。本文在文献[7]的试验基础上，采用AN．
SYS有限元分析软件，对试验模型进行非线性模拟
分析，对比试验及模型的承载力、变形、破坏形态
等，验证有限元模型计算参数的合理性及预制装配
式混凝土剪力墙结构墙板节点的抗震性能。并分
析连接钢筋强度和锚固形式对节点受力性能的影
响，为这种新型装配式住宅结构体系的后续研究及
推广应用提供理论基础。试验原型如图1所示。
1 ANSYS有限元模型建立
1．1 单元类型选取
根据钢筋处理方式的不同，钢筋混凝土结构有
限元模型主要分为分离式、整体式和组合式3种，
而ANSYS主要采用分离式和整体式2种模型进行
建模分析。由于预制墙和叠合板内配筋比较均匀，
所以采用整体式建模，其单元采用专为混凝土开发
的带筋SOLID65单元。装配式混凝土剪力墙墙板
通过节点接缝连接，是其与现浇剪力墙墙板节点最
大的区别，实际就是节点接缝处的连接钢筋_8]，如
图1。为区别连接钢筋与墙、板内分布钢筋，采用
三维杆LINK8单元对连接钢筋进行模拟。由于分
析模型仅考虑弹性阶段的精确性，因此假定钢筋与
混凝土位移完全协调，即不考虑钢筋与混凝土之间
的黏结滑移。