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斜拉筋砌体结构性能的有限元分析

发布于:2018-01-18 20:45
有限元分析

      随着计算机技术的进一步发展,作为数值分析方法之一的有限元分析,不仅能够解决复杂形体结构物的内力计算及应力分析,而且是非线性分析方法的重要工具。在土木工程中,有限元方法是钢筋混凝土结构非线性分析的重要方法。
      墙片经ANSYS程序网格划分后的模型,4个试件均采用MS水泥砂浆砌筑,砖为Mu10,尺寸为900mmX600mmX240mm。砌体上下各设钢筋混凝土梁,分别模拟圈梁和地梁,截面尺寸为240mmX300 mm,长1200mm。YGQ-12用x12的钢筋且施加预应力,预应力控制值为钢筋屈服强度的6000,圈梁和地梁纵向钢筋为4根直径12mm的HRB335钢筋,箍筋为直径6 mm,间距200 mm的 HPB235钢筋混凝土强度。
      采用CONCRETE材料时,CONCRETE属性表中还有3个参数用来反映材料开裂后的状态,裂缝张开时剪力传递系数一般可取0.3-0.5,裂缝闭合时剪力传递系数可取0.9-1。拉应力释放量乘子T=0.60。
对墙片进行非线性有限元计算,计算结果表明试件WGQ,GQ-8,GQ-12与YGQ-12的极限荷载分别为75 kN,86.25 kN,90.75 kN,109.5 kN。为了分析各片墙体在弹性阶段的应力状态和变形特性,通过有限元分析,可以得出以下结论:
      1)对墙体施加预应力加固后,有限元分析结果表明墙体达到极限荷载时墙体的水平位移变化不大,试验结果变化较大,可能是由于试验时墙体上端没有嵌固好,墙体发生轻微的转动。
      2)与普通墙体相比,斜拉筋加固后,墙片上各片区域的剪应力均有所提高,表明施加预应力后可以改善墙体的抗剪能力,提高墙体的开裂荷载和极限荷载。
      3)通过有限元分析可以看出斜拉筋加固后墙片的延性明显提高,墙体位移的变化规律同试验相比比较接近。
      有限元分析计算出的墙体开裂荷载与试验实测值相差2 kN左右,认为造成这种差异的原因大概有以下几点:1)在进行有限元建模时砂浆和砖之间的粘结滑移是靠单元之间公用节点来实现的,与实际构件有差异;2)试验过程中由于上部圈梁嵌固不好,整个墙片会发生局部轻微转动,也是造成有限元分析结果与试验结果有差异的原因之一。
      对斜拉筋加固的砌体结构墙片进行有限元分析,首先要为砌体选择合适的应力-应变曲线,确定合理的破坏准则。由于砌体材料的复杂性,其各向异性的特性较为显著,因此相对来说,对于砌体的非线性分析精度稍低。若要获得理想的分析结果,还需要在砌块砌体的基本力学性能方面开展大量的研究工作。



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