新型叠合式剪力墙的非线性分析方法

本发明涉及装配式建筑预制构件技术领域，特别是涉及新型叠合式剪力墙的非线性分析方法。

背景技术：

工业化的生产使得建筑行业有着快速，高效的发展。现如今，在预制构件的构造模式与生产工艺越来越完善的有利条件下，提高了建筑物的建造速度的同时也使得建设质量有了质的飞跃。目前，建筑预制构件的发展已经进入了一个比较成熟的轨道，而叠合预制构件的设计，生产以及后期施工安装在我国刚刚起步，而在欧洲等一些发达国家，特别是在德国已经有了较为普遍的使用，已经进行了产业化的生产。工厂化生产是保证建筑质量的重要途径，保证叠合式剪力墙达到高精度，误差小这样高标准要求的唯一路径。在工业化生产过程中生产流程包括建筑制图和结构设计，以及后期建筑预制件的流水化生产这一整体设计制造的流程均可由电脑进行控制。相对于现浇结构而言预制结构只需很少的技术工人就可以将结构构件运抵现场并进行快速吊装、拼接，在很短的时间内就可完成对建筑结构的主体进行拼接安装。此外，我们可以根据人们日常的需求去打造人们所需要的结构预制构建的尺寸与形态，不仅满足了功能的需求，且具有品质较高、施工周期短、耐久性长、外观漂亮、施工条件不受气候影响等诸多优点。

在建国初期，我国为了大规模建设需要，伴随着解决居住问题的工业化思路，开始发展装配式住宅。半个多世纪以来，我国的装配式住宅经历了曲折的发展道路。我国对国外先进技术和理念进行了研究和引进，进行了广泛的研究和时间，装配式住宅取得了一定的成就。但目前传统建造方式仍然占据主导地位，我国亟待推行新型工业化的发展道路，推动我国建筑业的发展转型升级，提高住宅建筑工业化水平，推动着住宅产业现代化发展。去解决我国目前存在的手工作业为主，工业化程度低，建造过程资源消耗大，环境污染严重等问题。目前，人们往往都是通过实体试验的方式来完成装配式剪力墙体的品质、特性测试，费时费力，且成本较高，为了解决这一问题，我们提出了一种新型叠合式剪力墙的非线性分析方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决采用实体试验检测装配式剪力墙体品质、特性的方式费时费力，成本较高的问题而提出的新型叠合式剪力墙的非线性分析方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

新型叠合式剪力墙的非线性分析方法，包括以下步骤：

s1、采用ansys软件工具，在ansys软件中设置尺寸大小以及配筋率相同的“一”字型现浇剪力墙体、叠合式带暗柱剪力墙和叠合式带端柱剪力墙体；

s2、利用ansys软件向s1中所述的尺寸相同的三种墙体的侧边上施加荷载压力；

s3、观察和记录现浇剪力墙体、叠合式带暗柱剪力墙和叠合式带端柱剪力墙体在不同轴压比作用下其各阶段的荷载-位移变形关系；

s4、进一步的观察比较现浇剪力墙体、叠合式带暗柱剪力墙和叠合式带端柱剪力墙体的破坏形态以及承载能力之间的差别；

s5、记录所述s3和s4中模拟分析所得的模拟结果值，将其与尺寸和配筋率相同的已有的实际试验数据进行对比；

s6、对比模拟结果与实际试验结果之间存在的差异，并对差异进行记录和说明；

s7、重复所述s1操作步骤，利用ansys软件进行改变带端柱剪力墙端柱钢筋的直径研究；

s8、在墙体顶面施加轴压比为固定值的情况下，观察和记录现浇剪力墙体、叠合式带暗柱剪力墙和叠合式带端柱剪力墙体侧面在不同荷载作用下改变钢筋的直径后应力的变化；

s9、根据所述s8所得的实验结果，进一步分析端柱机拉结钢筋的直径为多大时足以保证传递剪力的需要；

s10、综合收集和整理所述s6、s8和s9中数据结果，完成浇剪力墙体、叠合式带暗柱剪力墙和叠合式带端柱剪力墙体的非线性分析工作。

优选地，所述s1～s6研究现浇剪力墙体、叠合式带暗柱剪力墙和叠合式带端柱剪力墙体在不同轴压比作用下是假不同荷载后的位移曲线时，预制板直接采用整体建模的方式，现浇夹心层和端柱都采用分离式建模。

优选地，所述s7～s9研究端柱的钢筋直径对叠合式剪力墙抗剪性能的影响时采用与s1～s6中相同的墙体模拟。

优选地，所述s1～s9利用ansys软件进行模拟分析实验时，采用solid65单元模拟混凝土单元，solid65单元适用于含钢筋或不含钢筋的3维实体混凝土模型；采用link8单元模拟钢筋单元，link8单元可以模拟工程中不同的杆件。

与现有技术相比，本发明提供了新型叠合式剪力墙的非线性分析方法，具备以下有益效果：

(1)本发明采用改变墙体的组合形式，对尺寸相同的“一”字型现浇剪力墙体、叠合式带暗柱剪力墙、叠合式带端柱剪力墙体进行模拟分析，研究该类结构在不同轴压比作用下对侧边施加荷载其各阶段的荷载-位移变形关系。比较现浇剪力墙，带暗柱叠合式剪力墙体和带端柱叠合式剪力墙体的破坏形态以及承载能力之间的差别。将三种墙体的模拟结果值与尺寸和配筋率相同的已有的试验数据进行对比，对模拟结果和试验结果存在的差异进行说明。

(2)本发明在墙体顶面施加轴压比为某一特定值的情况下，研究侧面在不同水平荷载作用下改变钢筋的直径后应力的变化，钢筋的直径为多大时就能够保证传递剪力的需要。

附图说明

图1为本发明提出的新型叠合式剪力墙的非线性分析方法的方法流程示意图；

图2为本发明提出的基于物联网的新型叠合式剪力墙的非线性分析方法的实施例2中solid65单元几何模型示意图；

图3为本发明提出的基于物联网的新型叠合式剪力墙的非线性分析方法的实施例2中link8单元几何模型示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1：

请参阅图1，新型叠合式剪力墙的非线性分析方法，包括以下步骤：

s1、采用ansys软件工具，在ansys软件中设置尺寸大小以及配筋率相同的“一”字型现浇剪力墙体、叠合式带暗柱剪力墙和叠合式带端柱剪力墙体；

s2、利用ansys软件向s1中的尺寸相同的三种墙体的侧边上施加荷载压力；

s3、观察和记录现浇剪力墙体、叠合式带暗柱剪力墙和叠合式带端柱剪力墙体在不同轴压比作用下其各阶段的荷载-位移变形关系；

s4、进一步的观察比较现浇剪力墙体、叠合式带暗柱剪力墙和叠合式带端柱剪力墙体的破坏形态以及承载能力之间的差别；

s5、记录s3和s4中模拟分析所得的模拟结果值，将其与尺寸和配筋率相同的已有的实际试验数据进行对比；

s6、对比模拟结果与实际试验结果之间存在的差异，并对差异进行记录和说明；

s7、重复s1操作步骤，利用ansys软件进行改变带端柱剪力墙端柱钢筋的直径研究；

s8、在墙体顶面施加轴压比为固定值的情况下，观察和记录现浇剪力墙体、叠合式带暗柱剪力墙和叠合式带端柱剪力墙体侧面在不同荷载作用下改变钢筋的直径后应力的变化；

s9、根据s8所得的实验结果，进一步分析端柱机拉结钢筋的直径为多大时足以保证传递剪力的需要；

s10、综合收集和整理s6、s8和s9中数据结果，完成浇剪力墙体、叠合式带暗柱剪力墙和叠合式带端柱剪力墙体的非线性分析工作。

s1～s6研究现浇剪力墙体、叠合式带暗柱剪力墙和叠合式带端柱剪力墙体在不同轴压比作用下是假不同荷载后的位移曲线时，预制板直接采用整体建模的方式，现浇夹心层和端柱都采用分离式建模。

s7～s9研究端柱的钢筋直径对叠合式剪力墙抗剪性能的影响时采用与s1～s6中相同的墙体模拟。

s1～s9利用ansys软件进行模拟分析实验时，采用solid65单元模拟混凝土单元，solid65单元适用于含钢筋或不含钢筋的3维实体混凝土模型；采用link8单元模拟钢筋单元，link8单元可以模拟工程中不同的杆件。

本发明采用改变墙体的组合形式，对尺寸相同的“一”字型现浇剪力墙体、叠合式带暗柱剪力墙、叠合式带端柱剪力墙体进行模拟分析，研究该类结构在不同轴压比作用下对侧边施加荷载其各阶段的荷载-位移变形关系。比较现浇剪力墙，带暗柱叠合式剪力墙体和带端柱叠合式剪力墙体的破坏形态以及承载能力之间的差别。将三种墙体的模拟结果值与尺寸和配筋率相同的已有的试验数据进行对比，对模拟结果和试验结果存在的差异进行说明；除此之外，本发明在墙体顶面施加轴压比为某一特定值的情况下，研究侧面在不同水平荷载作用下改变钢筋的直径后应力的变化，钢筋的直径为多大时就能够保证传递剪力的需要。

实施例2：

请参阅图2-3，基于实施例1但有所不同之处在于，

本发明采用ansys法进行模拟，分别采用solid65和link8来模拟混凝土单元和钢筋单元：

(1)solid65单元使用

solid65单元适用于含钢筋或不含钢筋的3维实体混凝土模型。该实体模型同时具备开裂和压碎的性能。solide65还可对实体三个方向的配筋率的大小分别进行设置，solide65与solide45单元很相似，只是比solide45单元多了开裂与压碎的性能选项。solide65由8个节点组合而成，每个节点又有3个自由度：x，y，z三个不同的方向，在这三个方向上，我们可以定义三种相同或不同的配筋率，如图2所示：

1)材料参数：solid65根据建模的需求，须输入以下系数：弹性模量ec，泊松比λ，密度ρ，裂缝张开剪力传递系数(0.3～0.5)，裂缝闭合剪力传递系数(0.8～1.0)，混凝土的单轴抗拉强度ftk以及单轴抗压强度fck等。

2)本构关系曲线：在定义参数过程中如果不输入结构的本构关系，则在混凝土开裂和压碎之前，ansys直接采用线性的本构关系；如果要求自己输入混凝土的本构关系，则输入单轴受压的应力应变关系，可通过定义实常数进行设置，即该元素具有非线性材料的性能。

3)网格尺寸大小：混凝土单元在进行网格划分时，网格尺寸应该大于等于50mm并且在出现应力集中较大的地方必须严格控制网格的密度不能太大。

4)关闭开裂选项：在计算过程中如果关闭混凝土的压碎开关时，容易计算收敛；如果打开混凝土压碎开关时，则收敛相对较难，但是在没有达到压碎应力时，该选项对结果的影响很小，特别是在事先设定了混凝土的应力应变曲线关系时，因此在分析的时候建议关掉压碎选项。

5)收敛准则和子步数的设置：缺省时包含位移收敛准则和力收敛准则，当收敛困难时，可以考虑改变收敛准则，但一定要谨慎：当加载力时，建议采用位移收敛准则；当加载位移时，建议采用力收敛准则。收敛精度：一般采用2％～3％，子步易设置为50步左右。

(2)钢筋单元link8

link8单元可以模拟工程中不同的杆件。如果钢筋混凝土结构中如果不通过配筋率直接设置，也可用link8单元来进行模拟，这种三维杆单元是直线方向的拉压单元，每个节点有3个自由度。x，y，z方向。该单元具有弹塑性，蠕变，膨胀，应力，刚化，大变形，大应变等特性，钢筋单元link8可采用双线性随动强化模型bkin和双线性等向强化模型biso，如图2和3所示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。