密肋复合墙板协同工作机理

谷俊斌

(内蒙古科技大学工程力学系,内蒙古 包头 014010)

0 引言

密肋复合墙板作为密肋壁板结构重要的组成部分,是由混凝土框格格与填充砌块两部分构成,其中混凝土框格作为骨架内部配有少量的钢筋,而填充砌块一般是由工业废料制成的加气混凝土。密肋复合墙板一种是由混凝土框格与填充砌块两部分相互协调,共同作用的复合墙板,在实际工程中,密肋复合墙板与隐形框架现浇为一整体共同承受外力。当施加水平荷载作用时,密肋复合墙板与隐型框架相互依存,相互作用,共同抵抗水平荷载,一方面密肋复合墙板受到隐形框架的约束限制,另一方面密肋复合墙板反作用于隐形框架,两者相互依存,相互作用,共同抵抗外力。总而言之,密肋复合墙体是将力学性能相差悬殊的两种材料通过特殊构造转换成一种强度较高、抗震性能优良的结构受力构件。

1 密肋复合墙板的建模过程

密肋复合墙体是有多种材料复合而成的一种新型结构体系,从而导致其受力特性、联结方式和构造处理都比较复杂,因此,用非线性有限元方法分析密肋复合墙体在外荷载作用下的内力和变形情况是目前比较为合理的一种方法[1～3]。

1.1 试件及其材料特性

密肋复合墙板是由框格单元与砌块单元两部分组成的,两者紧密结合在一起,因此将密肋复合墙板试件命名为IFH试件,如图1所示。框格中的填充砌块的厚度为100mm,高厚比取4,b为50mm,H为40 mm, B×H为400mm×400 mm,并且加载时选取单调加载。试件中框格与填充砌块所用材料的力学性能如表1所示。

图1 IFH系列试件示意图

表1 混凝土与加气混凝土砌块的力学性能

1.2 接触单元模型

密肋复合墙体中混凝土框格和砌块的联结方式有两种[4]:一是设置接触单元;一是两者完全固结,但分别考虑混凝土与砌块的开裂影响。这里采用的是设置接触单元,在实际工程中,混凝土框格和砌块整浇在一起,所以在有限元非线性分析时忽略接触单元之间的拉应力。

假定密肋复合墙板中框格与填充砌块之间的作用力为接触应力,且设定两者之间的接触方式为面 -面之间的刚性接触。以试件IFH为例,接触单元的计算模型如图 2所示,给模型加载水平荷载20 kN,竖向荷载15 kN,加载模型如图3所示。

2 计算结果与讨论

应用Ansys软件对密肋复合墙板(试件IFH)的接触单元模型进行求解。计算结果如下:

图4和图5分别为试件IFH在水平荷载20 kN和竖向荷载15 kN的作用下的应变云图。从图中我们可以看出,不论是第一应变云图,还是第三应变云图,试件 IFH中的填充砌块的变形沿着对角线的方向,形成了明显的斜压杆效应,主应变与填充砌块的斜向裂缝变形一致,同时进一步的的证明了框格与填充砌块之间设置接触单元的计算结果复合试件IFH采用刚架-斜压杆模型的变形,刚架-斜压杆模型见图 6所示。

图7为试件IFH在水平荷载和竖向荷载双重作用下,在弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段的破坏过程图[5]。

图6 刚架斜压杆模型

图7 标准墙体破坏过程图

试件IFH的第一、第三应变云图对照图7中墙体破坏过程,我们可以明显的看出应变图符合墙体的破坏形态,进一步论证了试件IFH在Ansys计算把填充砌块看作等效斜压杆的可行性。

3 结束语

密肋复合墙板受力性能主要体现在框格、填充砌块单元的受力性能及其框格与砌块相互协调工作,这也正是密肋复合墙板的理论与应用研究的基础性工作,对其的试验与理论研究尚处于初步阶段。密肋复合墙板中框格与填充砌块之间设置接触单元,可以很好的模拟其受力情况,从第一、第三应变云图可以看出试件的变形很好的解释了等效斜压杆效应。

同时,密肋复合墙板中框格与填充砌块之间设置接触单元以后,可以传递摩擦剪切应力,从而在框格与砌块的接触界面产生接触应力,有效地抵消试件在水平方向的变形。

[1] Automatic Dynam ic Incrementa1 Nonlinear Analysis.ADINA Inc.2003.

[2] 关海涛.密肋复合墙板简化计算模型及实用计算方法研究[D].西安建筑科技大学硕士学位论文,2005,3.

[3] SuidiM.SchnobrichW.C.Finite element analysis of rein-forced concrete,J.of the structuralDivision.Vol.99,1997.10.

[4] 朱伯龙,董振祥.钢筋混凝土非线性分析[M].上海:同济大学出版社,1985.

[5] 黄炜.密肋复合墙体抗震性能及设计理论研究[D].西安建筑科技大学,2004,5.