超高性能钢纤维混凝土剪力墙抗剪性能研究

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超高强度混凝土低矮型剪力墙是工程结构中常见的主要抗侧力体系之一。低矮型剪力墙往往受剪切响应控制,导致发生脆性破坏。近年来,由于脆性材料延性较差,为提高结构的延性,抗拉强度和抗压强度高,耐久性和延性好的超高性能钢纤维混凝土(UHPFRC)在剪力墙结构中得到了广泛应用。因此,本研究利用有限元对细横向钢筋加强的UHPFRC剪力墙非线性抗剪性能进行研究,在有限元分析所得结果基础上,提出预测极限抗剪承载力的统计方程。基于ABAQUS/标准软件和混凝土损坏可塑性模型的非线性有限元方法。从以前的试验室试验中获得的材料的机械特性,在混凝土损坏的可塑性模型中实施,以开发一个三维有限元模型对UHPFRC低矮型剪力墙响应进行数值模拟。ABAQUS模型得到了Hung et al.(2017年)先前试验剪力墙试验结果的证实。模拟结果表明,采用网格尺寸50mm×50 mm的三维有限元模型能够较为合理地模拟低矮型UHPFRC剪力墙的响应。基于已验证的模型,进行了由27个矩形截面低矮型UHPFRC剪力墙模型在平面内单调侧向荷载作用下的解析建模。只有9个ABAQUS模型承受单调侧向荷载作用前承受了恒定轴向荷载。所有模型均按照ACI 318-14的规定设计为钢筋混凝土剪力墙,不考虑钢纤维的存在,仅考虑利用材料实际强度。采用参数研究方法对不同横向配筋率、混凝土抗压强度、钢纤维体积分数、剪切应力水平和轴向荷载下的低矮剪力墙剪切响应进行研究。测试了模型抗剪强度、位移能力、变形、破坏过程以及剪切力对位移响应的影响。结果表明:横配筋率的增减对剪切刚度和抗剪承载力没有显著影响,但会影响破坏模式和延性,增加纵向钢筋的配筋率可提高极限荷载和刚度。钢纤维体积分数为2%的模型比1.5%的模型具有更高的抗力。中等水平剪应力作用下的模型比在高水平剪应力作用下的模型损伤程度更严重。注意到,轴向荷载的存在对刚度和强度的增加有显著影响。此外,轴向荷载对模型响应、变形和破坏模式、延性和破坏方式的改变也有显著影响。在不考虑配筋率的情况下,承受轴向荷载作用的模型表现为脆性响应,而不受轴向荷载作用的模型强度较低,但延性较好。轴向加载模型具有与之相似的脆性响应,且以斜向剪压破坏为主。通过对影响有限元模型响应的各项参数进行回归分析,得到经验方程。该统计方程可预测剪力墙极限抗剪强度,是建立物理模型预测低矮型UHPFRC剪力墙在各种荷载条件下响应的关键。将低矮型UHPFRC剪力墙极限抗剪承载力预测值与实测值进行对比以验证该经验表达式。经验公式预测结果表明,该公式适用于回归分析所使用有限元模型特性范围内的所有低矮型边缘约束矩形截面UHPFRC剪力墙。
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