现浇混凝土空心地下室外墙板几何参数分析.doc

1、现浇混凝土空心地下室外墙板几何参数分析摘要：利用 ABAQUS 软件建立了现浇混凝土空心地下室外墙板模型并探讨肋宽、空心管径、墙板内外侧不同厚度等参数对其受力性能的影响，得出一些有用的结论可供工程应用时参考。 关键词：钢筋混凝土；地下室；空心外墙板；有限元；几何参数 Abstract: The establishment of cast-in-situ concrete hollow wall outdoor underground models of rib width, wall thickness and different parameters such as stress and t

2、he effects of using ABAQUS software, and draw some useful conclusions can serve as reference for engineering application. Keywords: reinforced concrete; basement; hollow wall plate; finite element; geometric parameters 中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号： Geometric parameter analysis of cast-in-situ concrete h

3、ollow basement exterior wall Wang Feng-jie （School of Civil Engineering，Suzhou University of Science and Technology，Suzhou 215011，China） Abstract：A cast-in-situ concrete hollow basement exterior wall model has been established by ABAQUS software and the parameters such as rib width、pipe diameter and

4、 different thickness of wall layer which has effect on the cast-in-situ hollow basement wall was studied and some useful conclusions are obtained as a reference for engineering application Key words：reinforced concrete；basement ；hollow exterior wall；finite element；geometric parameters； 0 引言 地下室外墙板通常

5、设计较长且连续浇注，墙板内部产生较大的温度应力容易造成墙板开裂，裂缝造成的渗水等问题对结构的使用性能和耐久性能造成严重影响。实际调查结果表明，浇注混凝土时掺入 UEC、HEA等膨胀剂、设置后浇带、配置预应力钢筋等常规方法并不能有效解决地下室外墙板裂缝的问题1-3。借鉴现浇混凝土空心楼盖技术在地下室外墙中预埋空心内模形成现浇混凝土地下室空心外墙板是针对地下室外墙温度裂缝控制问题而提出的新型墙板结构，将其连续或间隔的布置在地下室长墙中可有效解决地下室开裂问题，文献4中首次将该结构应用于一个实际工程的地下室厚墙中并通过现场监测墙板内的温度变化及裂缝开展情况表明该结构对由温度变形导致的墙板开裂等问题有

6、较好的控制效果。 ABAQUS 作为通用的有限元分析软件已在钢筋混凝土结构的分析中得到了应用。本文利用 ABAQUS 软件分析肋宽、空心管径、墙板内外侧不同厚度等参数变化对现浇混凝土空心地下室外墙板正常使用阶段受力性能的影响。 1 现浇混凝土地下室空心外墙板分析模型建立 1.1 试件的几何参数和边界条件 模型主要参数如下：墙高 H=3600mm，墙长 L=3600mm，空心墙板厚为250mm，空心管管径为 150mm，墙体内外侧厚度均为 50mm，内外侧墙体保护层厚度均取 25mm，墙板内沿墙高布置两排薄壁管，每排 11 根，每根管长度为 1400 mm。两排管之间管端净距为 200 mm，空

7、心管间净距为 100 mm。考虑到墙板竖向钢筋的锚固，墙板上、下端均留有 300mm 的实心段，地下室空心外墙板结构布置图详见图 1。 地下室空心外墙板边界条件及侧向荷载作用见图 2。 图 1 地下室空心外墙板结构布置图 图 2 地下室空心外墙板边界及侧向荷载作用图 1.2 材料性能参数 混凝土设计强度等级为 C30，Ec=3.0104MPa，=0.167；采用HRB335 级钢筋，Es=2.06105MPa，=0.3，墙板内外侧受力钢筋和分布钢筋配置均为 14200。混凝土本构关系根据混凝土结构设计规范（GB50010-2010）确定，钢筋本构关系采用理想弹塑性模型。 1.3 模型建立及网格

8、划分 1.3.1 几何建模 若按试件的实际形状建立有限元分析模型，为了使空心管部位网格划分满足计算精度的要求，则在每个空心管的管周上至少要布置 16 个边种子，同时为了使网格单元足够规则而不发生过大的塑性变形以满足计算收敛的要求，沿空心管管轴方向种子也必须布置的足够密，划分网格后单元数目将十分大影响计算机的运行效率，因此将空心圆管按面积和抗弯刚度相等的原则转化为空心方管进行分析，转化后 b1=136mm，h1 =130mm，如图 3 所示。 图 3 空心圆管向空心方管截面转化 1.3.2 单元的选取 混凝土采用空间 8 节点减缩单元（C3D8R）模拟，受力钢筋和分布钢筋采用杆单元（T3D2）模

9、拟，按分离式建模，不考虑钢筋与混凝土间的粘结与滑移失效，使用 ABAQUS 约束模块中的 Embedded 功能将钢筋单元嵌入混凝土中。 1.3.3 网格划分 布置种子之前先利用网格模块中剖分功能将模型分割为管端肋、管间肋和存在空腔的板带等三个部分，继续应用剖分功能将存在空腔的板带分割为板的上下表层、管间肋、空腔等四个部分，然后选取结构化方式对整个模型进行网格划分5-6。网格划分后模型见图 4图 6。 图 4 轻质管柱墙板网格划分 图 5 钢筋网格划分 图 6 空腔部分网格划分 1.3.4 约束及加载 设置二个分析步。在 Initial 中约束空心墙板简支边的侧向自由度以及固定边的全部自由度；

10、在 Step-1 中对地下室空心外墙板模型施加侧向荷载。 2 地下室空心外墙板几何参数分析 2.1 肋宽对空心墙板受力性能的影响 基于 1.3 节中的建立的有限元分析模型，在其他参数相同的情况下，取肋宽分别为 75mm、100mm、125mm、150mm 及（实心墙板） ，在侧向荷载作用下计算结果如图 7 所示。 图 7 肋宽不同时现浇混凝土空心墙板受力性能的影响 由图 7 可以看出，增大现浇混凝土轻质管柱墙板的肋宽，墙板的最大位移减少，但其变化幅度较小。同时应注意 ：肋宽增大，混凝土用量也随之增加，因此用增大肋宽的方法来提高现浇混凝土空心墙板的受力性能是不经济的；肋宽过小不利于肋间钢筋的绑扎

11、，影响混凝土的浇注质量。因此应根据荷载实际作用情况合理选取肋宽。 2.2 空心管径对空心墙板受力性能的影响 空心管径直接影响空心墙板的整体性能和刚度，基于 1.3 节中的建立的有限元分析模型，其他参数不变时取管径为 100mm，125mm，150mm对比分析如下： 表 1 不同管径空心墙板力学性能变化 由表 1 可以看出随管径增大，墙板最大挠度和墙板内侧最大应力随之增大但变化幅度不大，墙板的体积空心率增大较为明显。 2.3 空心墙板内外层厚度对空心墙板受力性能的影响 在其他参数不变的情况下，基于 1.3 中建立的有限元分析模型，其他参数不变时取空心墙板外层厚度为 50mm，75mm，100mm

12、，相应空心墙板内侧厚度为 100mm，75mm，50mm，研究墙板内外侧不同厚度对空心墙板受力性能影响分析如下： 表 2 空心墙板内层应力变化 注：X 向为沿空心管布置方向，Y 向为垂直空心管布置方向 由表 2 可以看出其他参数相同时，随着墙板外层厚度增加，墙板内层 X 向应力线性增大，Y 向应力线性减少，X 向与 Y 向应力差值减少，且变化幅度较大。表明随着空心墙板外层厚度增大，其双向受力性能越来越明显。 3 结论 1、随肋宽增加，墙板最大挠度变小但其变化幅度不大，表明肋宽变化对现浇混凝土空心墙板受力性能影响不大。 2、随着空心管径变大，墙板空心率增大较为明显，墙板最大挠度和墙板内侧最大应力

13、随之增大但变化幅度不大。 3、他条件相同时，墙板外层厚度增大，其双向受力特征越明显。 参考文献： 1 叶小扬地下室墙体裂缝产生的原因及其预防和控制措施J广东建材，2011，5：70-71 2 石光明超长地下室混凝土墙体的裂缝控制J施工技术，2001，30（5）：5-7 3 王铁梦工程结构裂缝控制的综合方法J施工技术，2000，29（5）：5-9 4 王载，张晓宇空心地下室外墙在某工程中的应用J建筑结构，2006， （06）：18-20 5 王玉镯等ABAQUS 结构工程分析及实例讲解M北京：中国工业出版社，2010：49-59 6 石亦平，周玉蓉ABAQUS 有限元分析实例讲解M北京：机械工业出版社，2006： 51-60