加氣混凝土以其經(jīng)濟、利廢、質(zhì)輕、保溫而著稱,是國家倡導(dǎo)的一種綠色環(huán)保材料,在國外,加氣混凝土的良好特性已在建筑工程領(lǐng)域中的應(yīng)用逐步擴大,由此提高了建筑房屋的質(zhì)量,加快了施工進程.多層砌體的地震破壞特征表明:由于開洞墻體洞口處的削弱[1],地震時最易發(fā)生破壞,在國外,學(xué)者采用配筋混凝土空心砌塊,以及夾心磚和纖維加強等方案來提高砌體的抗震性能

[2].在國內(nèi),則采用增設(shè)鋼筋混凝土立柱來提高其抗震性能[3],而對于加氣混凝土砌塊開洞墻體還沒有進行研究.本文利用有限元軟件ANSYS,對加氣混凝土砌塊開洞墻體采用無構(gòu)造、構(gòu)造柱和水平梁3種方案進行偽靜力實驗?zāi)M分析,探討此類墻體的破壞形式和內(nèi)力分布規(guī)律,討論改善墻體抗震性能的不同措施;并提出在不同豎向荷載的作用下,增強墻體抗震能力的有效方法,為此類建筑提供抗震依據(jù).

2有限元模型及加載方式2.1墻體計算模型墻體使用加氣混凝土砌塊A5.0,構(gòu)造柱和水平梁混凝土的強度等級為C20,利用SOLID65單元建立墻體的有限元模型,其計算模型尺寸為4.30m2.75m0.25m (長寬厚)的墻體,洞口尺寸1.5m1.5m,本文采用的3種構(gòu)造措施如下:(1)無構(gòu)造:洞口周圍不加設(shè)任何構(gòu)造措施;(2)構(gòu)造柱:在洞口的兩邊加設(shè)截面尺寸為200mm200mm構(gòu)造柱,構(gòu)造柱配置412,箍筋為8@200 (如圖1);

(3)水平梁:在洞口的兩邊加設(shè)截面尺寸為200mm200mm構(gòu)造柱和下部加設(shè)截面尺寸為200mm200mm水平梁,構(gòu)造柱配置412,箍筋為8@200;水平梁配置412,箍筋為8@200 (如圖2).構(gòu)構(gòu)造造柱柱圖1構(gòu)造柱方案計算模型構(gòu)構(gòu)造造柱柱水平梁圖2水平梁方案計算模型2.2有限元分析的基本假設(shè)(1)圈梁和墻體始終保持相互接觸,墻體與構(gòu)造柱無相對滑動;(2)加氣混凝土與鋼筋有良好粘結(jié),兩者無滑移,將兩者的貢獻結(jié)合起來,一次求得綜合剛度矩陣;(3)混凝土為各向同性材料,材料具有非線性特征;

(4)通過采用Willam-warkne五參數(shù)強度來模擬混凝土的開裂與壓碎破壞.2.3材料的性質(zhì)加氣混凝土材料參數(shù)[4]如表1.表1材料參數(shù)彈性模量E/MPa泊松比/密度/[(kg.m-3)-1]裂縫張開傳遞系數(shù)裂縫閉合傳遞系數(shù)17800.25000.350.92.4加載方式豎向荷載加至0.1MPa (0.3MPa),然后施加低周往復(fù)荷載,模擬墻體的低周反復(fù)試驗時,先進行單調(diào)加載,求得彈性和塑性極限荷載分別為45kN,70kN,;然后根據(jù)單調(diào)加載設(shè)計往復(fù)加載制度,開裂前使用力的加載方式,開裂后使用位移加載方式.在ANSYS中施加荷載時,荷載步增量對收斂有較大的影響,一般在開裂前,可采用較大荷載步,臨近開裂荷載時,則應(yīng)盡量減小荷載增量,以保證結(jié)果收斂(收斂允許值取2%5%)穩(wěn)定性和有效逼近問題的真實解,各方案的加載方式

如表2.表2加載方式豎向荷載無構(gòu)造構(gòu)造柱水平梁豎向荷載加至0.1MPa再施加低周反復(fù)水平荷載再施加低周反復(fù)水平荷載再施加低周反復(fù)水平荷載豎向荷載加至0.3MPa再施加低周反復(fù)水平荷載再施加低周反復(fù)水平荷載再施加低周反復(fù)水平荷載3結(jié)果分析各方案的滯回曲線,如圖3圖5.通過ANSYS對加氣混凝土砌塊開洞墻體的分析比較,可得出下列分析結(jié)果:(1)開裂荷載和開裂位移:無構(gòu)造、構(gòu)造柱、水平梁的開裂位移分別為1.89mm,1.89mm,2.20mm,開裂荷載分別為44kN、45kN、55kN.由此可知,水平梁方案的開裂位移和開裂荷載最大;(