装配式混凝土剪力墙上下层钢筋间接搭接单向拉伸试验及有限元模拟.pdf
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1、2 0 1 5年 第 1 1期 (总 第 3 1 3 期) N u mb e r 1 1 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 I 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEoRf 玎 I CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 1 1 0 0 4 装配式混凝土剪力墙上下层钢筋 间接搭接单向 拉伸试 验及 有限元模 拟 周剑 , 赵作周 , 侯 建群 ,任宝双 ( 清华大学 a 土木工程安全与耐久教育部重点实验室;b 建筑设计研究院有限公司, 北京 1 0
2、 0 0 8 4 ) 摘要 : 进行了6个间接搭接试件的单 向拉伸试验, 结果表明所选取的搭接长度能够满足承载力要求, 但搭接长度为 1 0倍和 1 2倍设计锚 固长度的两个试件在连接筋屈服前就发生 自由端滑移, 根据应变分布变化及对 比结果, 建议设计搭接长度取为设计 锚固长度的 1 5 倍 。 采用 A B A Q US中 S p ri n g 2非线性弹簧单元对锚 固拉拔试验和本试 验进行 了有 限元模拟 , 结果 表明采用 S p ri n g 2单元可以准确模拟锚固拉拔试验 , 对于连接筋连接试验 , 计算所得加载曲线和 自由端滑移规律与试验相符 , 但连接筋应 力分布有较大差别 。
3、 关键词 : 单向拉伸 ; 装配式 ; 剪力墙; 连接筋 ; 间接搭接 中图分类号: T U 5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 1 0 0 1 2 0 5 Uni axial t ens i on t e st a nd f i nit e e l emen t si m ul a t i on of i ndi r ec t lap s pl i c e be t we en t he upper a nd l ower f l oor s of f a br i c a t ed c on cr e t e s
4、hea r wa l l s ZH OU J i a n , ZHAO Zu o z ho u , HO U J i a n q u n , REN Ba o s hu a n g ( a Ke y La b o r a t o r y o f C i v i l E n g i n e e ri n g S a f e t y a n d D u r a b i l i t y o f C h i n a E d u c a t i o n Mi n i s t r y; b Ar c h i t e c t u r a l De s i g n a n d R e s e a r c h
5、I n s t i t u t e o f Ts i n g h u a Un i v e r s i ty Co , L t d , Ts i n g h u a U n i v e r s i t y , Be i j i n g 1 0 0 0 8 4, C h i n a ) Abs t r ac t : Un i a xi a l t e n s i o n t e s t s o f s i x s p e c i me n s wi t h i n d i r e c t l a p s p l i c e h a v e b e e n c o mp l e t e d I t
6、 h a s b e e n c o n c l u d e d t h a t t h e u s e d s p l i c e l e n g t h i s e n o u g h t o m e e t t h e d e m a n d o f t e n s i o n c a pa c i t y, b u t t h e s l i p pa g e s o f f r e e e n d s we r e o b s e r v e d f o r t h e t wo s p e c i me n s wi t h s p l i c e l e n g t h o f
7、1 0 a n d 1 2 t i me s d e s i g n a nc h or a g e l e n g t h b e f o r e t h e y i e l d i n g o f s p l i c e r e b ar A s pl i c e l e n gth wh i c h i s e q u a l t o 1 5 t i me s t h e d e s i g n a n c h o r a g e l e n g t h o f s p l i c e r e b a r i s s u gg e s t e d a c c o r d i n g t
8、o s tra i n d i s t rib u t i o n a n d i t s va ria t i o n Fi n e t e e l e me n t s i mul a t i o n o f a n c ho r a g e p u l l o u t t e s t d o n e b y o the r s a n d t h e t e s t s i n t h i s p a p e r h a s b e e n c o n d u c t e d b y u s i n g the S p r i n g 2 e l e me n t o f A BAQUS
9、 s o f t wa r e Th e s i mu l a t i on r e s u l t s o f p u l lo u t t e s t ar e a c c u r a t e, t h e c a l c u l a t e d l o a d i n g c u r v e a n d t he l a w of f r e e e n d s l i pp a ge a r c i n a c c o r d wi t h t h e t e s t r es u l t s , bu t t h e r e a r e s ome d i f f e r e n c
10、 e s b e t we e n s i mu l a t i o n a n d t e s t fo r the s t r e s s d i s t r i b u t i o n o f s p l i c e r e b a r Key wor ds: u n i a x i a l t e ns i o n; f a b r i c a t e d; s he ar wa l l ; s p l i c e r e ba r ; i n d i r e c t l a p s p l i c e 0 引言 对于现浇t 昆 凝土剪力墙结构 , 上下层 钢筋通常采用绑 扎搭接的形式
11、实现连接 , 但对于装配式f 昆 凝 土剪力墙结构 而言 , 比如 叠 合板 式混 凝 土剪 力墙 , 预 制 圆孔 板 剪力 墙 , 装配整体式双 向孑 L 空心模板剪力墙 等 , 在 吊装上 层预制墙板时, 下层预 留的竖向连接钢筋通过插入上层预 制墙板 内的预 留空腔或竖向孔 内, 通过 向空腔或孔 内灌浆 或浇筑混凝土连成整体 , 下层连接筋与上层竖向钢筋之 间 存在一定间距 , 形成一种“ 问接搭接” 形式 ( 又称非接触搭 接 ) ( 如图 1 ( a ) 所示 ) , 这 与现浇混凝土结构 中的接触绑扎 搭接不同。 对于采用套筒灌浆或浆锚搭接 的预 制剪力 墙 , 当竖 向分 布
12、钢筋采 用 附加单 排连接 筋连接 时 ( 如图 1 ( b ) 所示 ) , 连 接筋与预制墙体 内竖 向分 布筋之 间也属 于 间接搭接。 收稿 日期 : 2 0 1 5 0 2 0 5 基 金项 目 : 国家高技术研 究发展计划 ( 8 6 3计划) 课题 ( 2 0 1 3 A A 0 4 1 3 0 7 ) l 2 针对间接搭接 , A C I 3 1 81 1 规定 , 在受 弯构件 中, 钢筋 横 向 间 距 不 应 大 于 0 2倍 搭 接 长 度 和 6英 寸 ( 1 5 2 n l n 1 ) 二者的较小值, 我国建筑标准设计图集 1 l G 1 0 1 1 采用同样的要求
13、 。 ( a ) 连 接 筋插 入 连接 ( b ) 附 1 单 排连 按 筋 连接 图 1 装配式混凝土剪力墙上下层连接筋连接 S a g a n 等 基于钢筋非接触搭接 的拉 伸试验 , 建议 调荷 载下当搭接钢 筋间距小 于 1 2倍钢筋直径 和 3 0 5 m m 及往复荷载下小于 8 倍钢筋直径 和 2 0 3 mm 时, 可忽略 间 连接筋沿搭接长度的应力渗透过程 , D L 1 在 1 5 k N时应力 渗透完全 , 自由端发生滑移 , D L 2直到屈服 时才渗透完全 , 而 D L 3屈服时仍未渗透完 全 , 这与前 面滑移分 析结论 一 致 。 D L 4 、 D L 5
14、、 D L 6的连接筋应变分布具有 同样特点 。 2 500 2 0 0 0 b 1 5 0 0 1 000 5 O O 2 500 2 0 O O l 1 5 0 0 1 0 0 0 5O0 0 4 0 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0 2 4 0 0 4 0 8 0 1 2 O 1 6 0 2 0 0 2 4 0 测点位置 mm 测点位置 mm ( a ) DL 1 ( b ) DL 4 3 0 0 0 2 5O0 2 0 0 0 1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 O 图 1 0 连接筋屈服时各钢筋应变分布 0 4 0 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0 2 4 0
15、 测 点位置 ram ( a ) DL1 3 0 0 0 2 500 2 0 O O 1 5 0 0 1 0 0 0 5OO 1 2 5 搭接长度分析 与临界锚固长度类似 , 临界搭接长度 的准确确定方法 为探索法 , 即从较短 的搭 接长度开始 , 如果在钢筋屈 服前 发生搭接破坏 , 则增加搭 接长度 , 直至满足屈服 和搭接破 坏同时发生 , 此时相应 的搭接 长度即为临界搭接长度 。 这 种方法准确合理 , 但需要做大量 的试 验。 这里采用一 种粗 略但保守的方法确定合理的搭接长度, 即采用较长的搭接 长度进行试验 , 然后分析钢筋加载端屈服 时沿搭接长度的 应变分布 , 将试验搭接
16、长度扣除钢筋无滑移段后剩余 的长 度作为有效搭接长度 。 实际上采用此有效搭接长度时保证 了钢筋受拉屈服前 自由端不发生滑移 , 此搭接长度即为钢 筋受拉屈服时 自由端不发生滑移 的最小搭接长度 。 0 4 0 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0 2 4 0 测点位 置 ram ( b ) DL 2 图 1 1 连接筋应变分布 连接筋屈服时应变分布对 比如图 1 2所示 。 对于 D L 1 、 D L 2 、 D L 3所采用 的 1 C 1 2 , 有效搭接 长度 z 取 3 0 0 mm, 对于 D L 4 、 D L 5 、 D L 6 所采用的 2 C 8 , f 】 。 取
17、 2 5 0 m m。 f l 与 连接筋设计锚固长度 z 的对 比见表 4 。 由表 4可知 I I 约 为 z 的 倍 , 考虑到钢筋屈服后强化及搭接的可靠 , e ft 1 2 5 度 , 对 z 乘 以安全系数 1 2 , 建议设计搭接长度 f l 取为 1 5 l 。 表 4搭接长度分析 2 500 2 0 0 0 l 1 5 0 0 1 0 O 0 5 O 0 2 5 O O 2 0 0 0 l 1 5 0 0 1 0 0 0 0 6 O 1 2 0 1 8 O 2 4 0 3 0 03 6 0 0 6 O 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 3 6 0 测点位 置 m
18、m 测点 位置 mm ( a ) D L1 、DL 2 、D L 3 ( b ) DL 4 、D L 5 、D L 6 图 1 2 连接筋屈服时应力分布对比 2 有限元模 拟 2 1锚 固拉 拔 试 验 验 证 采用 A B A Q U S对文献 1 2 中的 I 一1 试件 的加载过 程和钢筋应力分布进行有限元模拟 , 混凝土采用连续体实 体单元 C 3 D 8 R, 钢筋采用空间桁架单元 T 3 D 2 , 钢筋与混 凝土之间黏结采用 S p ri n g 2非线 性弹簧单元 考 虑 , 混凝 土本构及黏结滑移本 构采用原 文 中建议 的形式 ( 如图 1 3 所示 ) , 其中 代表黏结
19、应力 , S 代表滑移 , 为混凝 土轴心 3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 兰 1 5 0 0 1 0 0 0 5 O 0 0 40 8 0 1 2 O 1 6 0 2 0 0 2 4 0 测点 位置 ram ( c ) DL3 抗拉强度 , C 为钢筋 的混凝 土保 护层厚度 , d为钢筋 直径 , p 为配箍率。 钢筋采用 二折线 弹性 一强化本 构 , 不考 虑位 置 函数对黏结滑移本构 的影响。 有限元计算结 果如 图 1 4 所示 , 可见采用非线性弹簧单元 能够 比较准确地模 拟钢筋 与混凝土之间的黏结滑移性能。 图 1 3 文献 1 2 Ts 本构 薹藿 0 1
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