双层钢板混凝土剪力墙承载能力影响因素浅析.pdf

第4 3 卷第6 期 2 0 1 6 年6 月 施工技术 Con s t r uc t i o n Te c h n o l o g y 建筑技术开发 B u i l d i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 双层钢板混凝土剪力墙承载能力影响因素浅析 郝翔 ，刘英达 (内蒙古科技 大学，内蒙古包头0 1 4 0 1 0) 摘 要 随着我国经济发展水平的不断提高，建筑行业得到了显著发展。双层钢板混凝土剪力墙是一种常见的结构形式， 使用AB AQ US有限元程序对其进行分析与模拟演示，深入探讨双层钢板 间距、跨高比以及每侧钢板厚度 ，表现 了这些要素对 剪力墙性能的影响。分析结果显示，双层钢板混凝土剪力墙具有非常明显的优势，能够随着跨高比、钢板厚度增大而增强结构 承裁力。 关键词 双层钢板 ； 剪力墙 ； 静压力桩 中图分类号 T U 3 9 8 2 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X ( 2 0 1 6 )0 6 4 ) 0 9 0 - 0 2 Ana l y s i s o f Fa c t o r s I nflue nc i ng Be a r i ng Ca pa c i t y o f Do u b l e S t e e l Co n c r e t e S h e a r W a l l Ha o Xi a ng， Li u Yi ng d a A b s t r a c t As C h i n a S e c o n o mi c d e v e l o p me n t l e v e l u n c e a s i n g e n h a n c e me n t ，t h e c o n s t r u c t i o n i n d u s t r y h a s a c h i e v e d r e ma r k a b l e d e v e l o p me n t ，d o u b l e s t e e l c o n c r e t e s h e a r wa l l i s a c o mmo n s t ruc t u r e f o r m，t h i s a r t i c l e u s e s t h e A B AQ US fi n i t e e l e me n t p r o g r a m a n a l y s i s a n d s i mu l a t i o n d e mo n s t r a t e s t h e Di s c u s s t h e d o u bl e p l a t e s p a c i n g， s p a n a n d e a c h s i d e p l a t e t h i c k n e s s ， t h e i n f l u e n c e o f t h e s e f a c t o r s o n t h e p e r f o r ma n c e o f t h e p e r f o r ma n c e o f s h e a r wa l l s An a l y s i s r e s u l t s s h o w t h a t t h e d o u b l e s t e e l c o n c r e t e s h e a r wa l l h a s o b v i o u s ad v a nt a ge s ， wi t h t he s p a n d e pt h r a t i o a n d t he t hi c kn e s s of t h e s t e e l p l a t e c a n i nc r e a s e t he l oa d b e a r i ng c a pa c i t y of t h e s t ru c t ur e 1 K e y wo r d s l d o u b l e s t e e l c o n c r e t e； s h e a r wa l l ； s t a t i c p r e s s u r e p i l e 以加劲 板连 接 的双层钢 板 混凝 土剪 力墙为例 ，分 析双 层 钢板剪力墙结构 的特征与优势，作为一个新型抗侧力构件， 在剪力 墙 中能够 内填非 常多 的混凝 土 ，与混凝土 一起 组 成一 个双层 钢板混 凝 土结构 体系 。加劲 板连 接双层钢 板 能够 起到 非常好的模板作用，将钢筋混凝土剪力墙的不便的这一缺点 克服 ，且 内填 混凝 土还 能防止 钢板 内向变形，使 钢板 间形成 一 个加劲效果 ， 实现钢板外向鼓 曲的推迟 ， 使结构更好 的受 力， 将钢与混凝土材料优势充分发挥出来，将组合剪力墙的承载 力增强 。 1 计算模型 的构 建 1 1 构建力学模型 结 合工程 具体 要求 ，针 对 双层 钢板 混凝土 剪力 墙非 线性 分 析时，具 有模 型边 界，可 以将其 作 为约束条 件 ，将其 固定 在 剪力墙 下端 ，上方 设定为 耦合 端 ，在 剪力墙 不 同节 点中存 在 固定方 向的位 移 ( 图 1 ) 。 图1 剪力墙组合构造 1 2选取 单元 在应用 A B AQUS作为有 限元软 件时 ，可选择 一个更加 直 观的三维 实体 单元 作为分析 的结构 ，C3 R 7 单元用 于模拟 混凝 板，钢筋混凝土板 网格都是 9 0 mm 的铸造钢板 。钢板 与混凝土 能够相互作用 、联 系 。A B AQ US使用弹簧单元 S p r i n g 2 对钢 板混凝土之间的切力与法向作用进行模拟，在两个方向自由 度模拟时，不能使用同一个弹簧模拟两个方向，要选择一个 弹簧对切 向模拟 ，再选择一个 弹簧对法 向模拟 。 收稿 日期 ： 2 0 1 6 - 0 3 0 7 作者简介 ： 郝翔 ( 1 9 9 l 一 ) ， 男， 山西太原 人， 主要研 究方 向为土木工程 。 9 0 2组合 剪力墙抗 剪性 能参数 的优化 为 更加直 观地表 现 双层 钢板混 凝土 剪力 墙抗 剪性 能，更 好地 对其 性能进 行模拟 ，可 选取一 个有 限元 对每 一个基 本模 型 进 行 模 拟 ，选 择 模 型 高 度为 H= 2 0 0 0 mm，选 择 模 型 跨 度 L = 2 0 0 0 mm，得 出的 跨高 比 2 = 1 ，钢 板 厚度 为 1 2 mm， 内填 混 凝土厚度选取 1 0 0 m m，双板间距控制在 5 0 0 mm范围内，结合 这些参数进行非线性分析 ，对双板间距、钢板厚度、跨高等 参数进 行调整，详细 研究组合剪力墙 。 2 1 模 型 非 线性研 究 最 初 ，钢 板所承 受 的剪 力非常 小 ，而随 着顶 点侧移 的增 加 剪力 则随之增大，直线 上升在 l 3 mm 段位 表现 的最为 明显。 随 着侧 移 的持续增 大，结 构最 终开始 塑形 ，并 且钢板所 承 受 的剪力 比例更加稳定。 2 2 双层板间距的影响因素 在 组 合 模 型 中， 组 合 剪 力 墙 加 劲 钢 板 间 距 分 别 选 取 1 2 0 0 mm，8 5 0 mm，5 0 0 mm，4 0 0 mm， 并进 行有 限元研 究，对 计 算结 果进 行整理 对 比。 因为双层钢 板 的作用 使组 合剪 力墙 的侧移超 出了 1 2 ram 的标 准 ，当达到 了最高极 限时 ，下降趋势 不 明显，仅 是小幅 度 的卸载 以后就 趋于 稳定 ，组合 剪力 墙抗 侧 性能非 常优 越，并且具有 一定延性 ； 从 图 1 中发现，加劲板 间距对 组 合剪力墙 有较 大 的影 响，而在 弹性 抗侧 刚度上 没 有 产生任何作用，对承载力影响也不是非常显著，这是因为组 合剪力墙 侧移 5 0 mm，依 然不能体现 出屈服状态 ，并且钢板 将 与混 凝土 分割 开，一起 承 担侧 向压 力 ；双层 钢板 布置 的间距 对于组合剪力墙的抗侧承载力增强非常有利，所有双层钢板 布置 间距 都为 5 0 0 mm。 2 3 跨 高比影响 对所构建的模型参数进行选取，跨度、厚度以及跨高比分 别 为： = 1 3 0 0 mm， 4 0 0 0 mm， 2 1 0 0 mm， 3 5 0 0 mm， 选取 2 = 0 5 ， 1 3 ， 1 5 的模型， 基于这些模型参数分析比较有限元， 得出的结论为： 组 合剪 力墙在 达到 了抗剪 承 载力后 ，并没 有 一直 下降，侧 向 位 移 处于 1 5 mm 时 ，曲线 基本 呈近似 水 平段 ，而 组合 剪力 墙 下降段度 为 2 6 ，故 双层 钢板混凝 土剪 力墙具 有较高 的承 载 能力 ； 通过 模型 图可看 出，刚开始 段位斜 率与 宽度 呈正 比， 建筑技术开发 Bu i ld i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 施工技术 Co n s t r u c t i o n T e c h n o l o gy 第4 3 卷第6 期 2 0 1 6 年6 月 跨度增大，斜率就会增大，剪力墙弹性刚度也增大，有着较 高 的增 大幅度 ，弹 性抗侧 刚度 也随之 增大 ，这 些都 与受 力横 截 面相 关。 2 4 钢 板厚 度 影响 在基本模 型中 ，选取组合剪力墙两侧 的钢板厚度 ，表示为 7 m m，8 mm，1 l mm，1 3 ram，1 6 ram 的模型，对这 些模型有 限 元进行分析，分析结果为 ：通过观察初始阶段的斜率发现组 合 剪力墙 会 随着 厚 度增 大而使 弹性抗 侧 刚度 增大 ，从原 来 的 5 mm阶段 的5 5 7 1 0 5 N m增加 到 1 3 mm阶段 的 1 2 4 3 1 0 。 N m， 增大幅度为 1 0 5 ，双层钢板剪力墙在每一个截面中都有非常 多的钢材使用到其中，进而将抗侧性能增强 ； 剪力墙达到了 一 定承载 限度 以后 ，依然不 会 出现较 为 明显 的卸载 迹 象，这 是 因为塑性 阶段 过 后，极 限抗剪 能力将 随钢板 厚度 的增 大而 出现变化 ，会不 断接 近 1 2 1 5 的限度 。 2 5 混 凝土 板厚 度 影响 该 组模 型 中， 选 取剪 力 墙 内填 混 凝 土板 的厚 度 分 别 为 1 2 0 mm，1 4 0 mm，1 9 0 mm，2 0 0 mm的模型，同样对这些模型 进 行有 限元 研 究，分析 结果 为 ： 初 始斜率 与 内填 的混 凝土 板 厚度与弹性抗侧刚度有一定联系，并且组合剪力墙抗剪承载 力 与厚 度成 正 比 ； 在 内填 的混凝 土 板 厚度未 能达 到 指 标 时， 明显下降了组合剪力墙抗侧能力，反之，则使抗侧能力增强， 且剪 力墙 随后开 始 塑形 ，没 有发 现卸载 迹象 ：内部混 凝土 厚 度增大 到 3 0 0 mm 后 ，组 合剪力 墙承载 力降低，随后进 入 到塑 形 阶段，进入 到这 一 阶段 以后 ，承 载力 依然较为 稳 定， 并且 内部混凝土板厚度增 大下会使 承载力也不断增大 。 3 组合剪 力墙 承载 力简化公式 组合剪 力墙 内填混凝 土板 能够对 两侧钢 板 内向屈 曲进 行 制止， 能有效防止出现外侧弯曲钢板， 能够使抗剪承载力增强， 只有对 构件 进行 合理 连接才 能混 凝土板 达到承 载力标 准 。剪 ( 上接第8 8 页 ) 脱离地面，之后通过成孔将钢筋笼放入 ，并另行将一根与 孔深相 同的压力注浆塑料管插进孔 内，同时将颗粒直径在 2 0 4 O mm之 间 的石 子 投放 至 孔 中， 直至 石子 达 到桩 顶 。完 成上述 步骤之 后 ，施工 人员 向上 实施 多遍 高压注 浆作 业 ，若 浆 液从 孑 L 中溢 出 ，则 证 明钻 孔 压 降 灌注 桩制 作 完 成 。该类 型桩体的直径一般为3 0 1 0 0 c m，其深度为5 0 m。事实上， 较 为 常用 的桩 体 直 径 处 于4 0 6 0 c m之 间 ，桩 体 长 度 为 l 0 2 0 m。该类 型桩体 的承载 力较 强，一般 是普通灌注 桩 的 1 5 2 倍。且该类型桩无需使用泥浆护理桩壁，也无需对孔底部的 虚土进 行清 洁 ，避 免桩 体 出现 断桩 或是缩 颈等 问题 ，质量 较 好 ，可 靠性 强 。施 工过 程 中，也不 会产 生噪声 、废弃 物及 震 动 ，从 而避 免 了对 环境 的污 染 。不 仅如此 ，该类 型桩 体成 型 较 快 ，大 量缩 短 了企 业 工期 ，节 省 企业 生产 时 间 。除 此 以 外 ，该类 型桩体 可帮 助企业节 省大约 1 0 1 5 的生产 成 本。 通常情况下，针对粘性土、中细砂 以及砂卵石等地基，施工 人员便能使用该类型桩体巩固桩基。 2 3 静 力压桩 的发 展 混凝土 预制 桩 是传 统的桩 基施工 技术 ，2 0 世 纪 中， 该桩 体在工 程建 筑 中的运用 己十 分广 泛。然而 该桩体 的制 作过 程 存在较 多 问题， 由于该 桩体 需使用 打桩机 ，所 以会产 生大 幅 震动 ，且 产生 大量 噪声 ，成桩 速度慢 ，导致施 工 效率 难 以提 升。 自2 0 世 纪末 ，我 国开始 自主研发 机械静压 桩设 备 。该设 备 由以下零件 组成 ：卷扬机 、换 轮组 、桩架 以及 活动压 梁等 。 力墙承载 力 可按式 ( 1 )计算 ： = + ( 1 ) 式 中 ： 为组合剪力墙混凝土所受的承载力，从安全角 度 考虑 ，直接使 用有 限元模 拟将 造成结 果存在 误差 ，由此 可 利用矩形截 面混凝土剪力墙 公式 ( 2 )计算 ： V = a f k A ( 2 ) 式 中 ： 为抗拉 强度 标准值 ； A 。 为混凝土截面面积 ； a为 混凝 土抗 剪承载 力调整 系数 ，可对 比剪力墙 内填 混凝土 与抗 剪承载力模拟值，得出 a = 2 。组合剪力墙两侧钢板受剪承载力 为 ，公式 ( 3 )计算 ： A ( 3) 式中 ： 为组合剪力墙钢板屈服强度标准值 ； A 为钢板截 面积 ； 为组合剪力墙 双侧 钢板 与框架连接关 系系数，能表 现 钢板 与框 架连接 效果 ，模拟 值与钢 板计 算值 对 比后得 出 值 为 0 6 。分析发 现，公式计 算 的值与模拟计算 值相 同。最终 得 出结论 ： 组合剪力墙抗 剪性能 的主要影响因素是钢板厚度 。剪 力墙跨度与厚度均与抗剪性成正比，受力横截面也是关键要 素 ； 钢 板厚度 能够在 剪 力墙 承载力提 高上起 到促 进作用 ， 内 填厚度 增 高使混 凝土板 厚度 随之 增大。两者 呈正 相关，钢 板 与混凝 土板 实现可 靠连 接就 能充 分发挥两种 材料 的性能 ，增 强双层钢板混凝土剪力墙 的承 载力。 4 结束语 本文主 要对 双层钢板 混凝 土剪力墙承载能 力进 行了分析 ， 利用 A BA QU S有限元程序 进行 了有 限元 分析 ，分析结果与 实 际双层 钢板 混凝土 剪力 墙承 载力 性能吻合 ，可见 ，利 用双 层 钢板混凝土剪力墙有一定作用 ，能增强建筑稳定性与承载力 。 参 考文献 1 罗永峰 ，李健 ，郭小 农，等 双层钢板 内填混凝土组合剪力墙滞 回 性能数值分析 f J 湖 南大学学报 ( 自然科学版) ，2 0 1 4( 6 ) ：5 7 6 2 该设备可形 成 6 0 0 1 2 0 0 k N 的压桩力 ，然 而设备体积过大 ，难 以移动，且吨位较小，工作效率低。2 0 世纪9 0 年代初期，我 国对该设备进行改良，桩体使用分节压入的方式制成，一般 各节 的长度 为 7 - 9 m，各节 之 间利用硫 磺 以及 胶 泥进行连 接 。 其压桩 截 面达 到 5 0 0 mm5 0 0 mm，深度 最深 达 到3 5 m，每 一 桩体能够承 载2 0 0 0 k N 的力 。该类型桩机 有以下优 点 ： 设备 性 能优 良。设备需要通过液 压装 置进行驱动 ，实现 自动化 施工 。 纵横方向运动较为灵便， 可精准确定桩体位置。且施工过程中， 设备不会形成噪声，也不会出现震动。不仅如此，由于该设 备使用全液压固定桩身。桩体截面设计较为灵活，可根据实 际情况缩小。运用该设备进行进行压桩， 可有效提高压桩效率， 加快生 产速 度。通常 情况 下 ，该施工 方式更 适用 于填土 、软 土或是 粘性 土层 。但 地基 当 中不可存 在大量 石子 、或 是厚 度 达到4 m 以上的硬夹层。近些年来，该设备更趋完善，其能够 形成 6 5 0 0 6 8 0 0 k N的压桩 力，各节桩长 度达 到 1 3 m。 3 结束语 通过 分析桩 基施 工 以及 地 基处理 技术进 展可 以发现 ，我 国地基 基础 施工技 术 日趋完 善 ，施工 水平也 有所提 升。施 工 企业应 熟练 掌握各种 桩基 施 工方 式以及地基 处理 技术 ，以保 证 自身施工质量 ，同时也促进 我国建筑工程行业 的发展 。 参 考文献 1 江正荣 地基处理与桩基施 工技术的新进展 J J 建 筑技术 ， 2 0 0 3 ， 3 4 ( 3)：1 6 8 1 7 0 91