利用ANSYS 分析剪力墙洞口位置的影响

荣 杰

(山西八建集团有限公司，山西 太原 030027)

利用ANSYS 分析剪力墙洞口位置的影响

荣 杰

(山西八建集团有限公司，山西 太原 030027)

以矩形洞口剪力墙为例，利用大型有限元软件 ANSYS 分别对洞口水平位置和竖向位置不同时的模型进行了分析，详细分析了剪力墙在相同荷载作用下剪力墙刚度、荷载—位移曲线等情况，得出了一些有意义的结论。

洞口，剪力墙，刚度

随着社会的发展，高层建筑的使用功能越来越多样性。为了满足建筑功能的多样性，不可避免的需要在剪力墙上开设洞口。洞口的出现必定会对剪力墙结构的横向刚度、应力分布和应力的大小有一定程度的影响。所以对钢筋混凝土剪力墙上开洞的相关问题展开研究很有意义。由于剪力墙截面宽度较大，更接近于二维构件，从理论上来讲剪力墙结构的计算不能再通过材料力学的知识来分析[1]，而应该从弹性力学的角度进行分析(分析范围为线弹性范围)。对于不开洞剪力墙结构从理论上来讲是可以通过弹性理论来解决，但是实际计算情况往往是行不通的，这是因为混凝土材料的不确定性，以及带裂缝工作条件，使其很难满足弹性理论分析问题的前提条件。所以利用大型有限元软件 ANSYS分别对洞口水平位置和竖向位置不同时的模型进行分析更能得出准确的结论。

1 模型的建立

1.1 模型参数设置

首先建立带洞口(长1 400 mm，高2 000 mm)剪力墙模型，再

将洞口形心沿轴线分别上下移动500 mm，左右移动400 mm得到4个不同的模型，如图1～图5所示。模型混凝土材料采用Solid65单元，选用C30混凝土；钢筋采用Link8单元，选用HPB300型钢筋,纵向钢筋配筋率为1.2%，横向钢筋配筋率为0.6%。建模过程中不考虑混凝土应力松弛现象，混凝土开裂情况下的剪力传递系数选取0.5，闭合情况下的剪力传递系数选取0.95。考虑混凝土开裂现象，混凝土单轴抗拉强度为2.01 N/mm2，不考虑混凝土的压溃现象，其他参数都采用 ANSYS的默认值。

1.2 加载方式

竖向荷载选取轴压比为 0.2，加载于垫梁的顶面。水平荷载通过对5个模型 Q1，Q2，Q3，Q4，Q5分别进行加载运算，选取模型Q3的极限荷载700 kN，分别施加在每个模型上垫梁的左侧，水平向右，水平荷载采取分步加载的方式，逐步施加于垫梁的左侧，每步荷载大小基本保持均匀，加载过程直至模型达到极限承载力或加载完毕为止。

2 水平向位移变形图的分析

在相同的荷载下，模型 Q1，Q2，Q3，Q4，Q5的水平变形云图如图6～图10所示。由图6～图10可以看出：5个模型的水平位移变化规律基本一致，水平位移从剪力墙顶部到底部均逐渐减小，同一水平高度下的水平位移，右侧墙肢略大于左侧墙肢，最大水平位移在墙顶距加载处较远的位置产生，墙底左下角处均会产生微小的与水平荷载方向相反的位移。对比模型Q1，Q2，Q3 可以得出，顶点位移：Q3>Q1>Q2，数值：Q3约为Q1的2倍，Q1约为Q2的2倍。说明洞口位置与水平荷载距离越大，顶点位移越大。对比模型Q4，Q1，Q5,顶点位移：Q4>Q1>Q5，数值：Q4比Q1大1.253 mm，Q1比Q5 大 2.235 mm。说明洞口位置与竖向荷载距离越大，顶点位移越小。

3 荷载—位移分析

通过模型加载运算可以得出每个模型各子步所对应最大位移的具体数值。由于水平荷载是单调增加的，根据各子步对应的

时间可以换算出所对应的荷载，详见表1。

表1 荷载—位移表

由表1可以看出，模型Q1，Q2，Q3，Q4，Q5的荷载—位移变化规律基本一致，都是随荷载增大位移有所增大。在加载初期的位移随荷载增大也表现为线性发展的规律，当荷载增大到一定程度，曲线的斜率发生改变，有明显减小的趋势。

4 结语

1)在相同荷载作用下，随着洞口位置水平距离荷载作用点越近，剪力墙顶点位移明显越小，剪力墙等效刚度明显增大。2)在相同荷载作用下，随着洞口位置竖向距离荷载作用点越远，剪力墙顶点位移越小；剪力墙等效刚度略微增大。3)洞口位置水平改变对剪力墙刚度和最大位移的影响比竖向改变的影响明显的多。

[1] 徐培福，赵西安，郝锐坤，等.高层建筑结构设计[M].北京：科学出版社，1982：238-255.

[2] 李 杰.洞口大小及形状对剪力墙刚度影响的分析[J].科技情报开发与经济，2010,20(17):190-192.

[3] 马 银，冯仲齐.不规则开洞对剪力墙承载力的影响[J].工程结构，2010，30(2)：49-50.

[4] 杨宗仁.楼板开洞对钢筋混凝土框剪结构抗震性能的影响[D].太原:太原理工大学，2013.

[5] 冯 璀.双T型短肢剪力墙的有限元分析[D].太原:太原理工大学，2013.

On influence of shearing wall hole location with ANSYS

RONG Jie

(ShanxiNo.8ConstructionGroupCo.,Ltd,Taiyuan030027,China)

Taking the rectangle hole shearing walls as the example, the paper adopts the large-scale finite element software, ANSYS, to analyze the horizontal and vertical models of holes, mainly analyzes the shearing wall stiffness, and loading-displacement curve of shearing walls under the same loading effect, and achieves valuable conclusions.

hole, shearing wall, stiffness

1009-6825(2014)28-0036-02

2014-07-21

荣 杰(1966- )，男，工程师

TU312

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