广州大学土木工程学院 广州 510006
摘要：提出一种新型装配式泡沫混凝土内隔墙板，介绍其连接构造及工作机理。通过ABAQUS软件建立了装配式泡沫混凝土墙板框架结构等三个有限元模型，对其进行了低周反复荷载作用下的仿真分析，对比分析了它们的破坏特征、滞回特性及耗能性能。结果表明：新型装配式墙板-混凝土框架结构滞回曲线饱满，呈“梭型”状，具有良好的耗能能力，可提高结构在地震作用下的安全性。
关键词：新型装配式泡沫混凝土内隔墙板；有限元分析；耗能能力；
引 言
内隔墙是一种用来分割空间的非承重构件，传统的内隔墙抗震及抗裂性能较差，且砌筑工作繁重且砖用量很大，故传统的砖砌墙往往不能满足要求。近年来，泡沫混凝土墙因其轻质、保温隔热、隔音耐火、低弹减震等优点，得到了越来越广泛地研究与应用。在中等强度地震作用下，非结构构件破坏造成的经济损失可能远远大于由于结构破坏而造成的经济损失，因此，非结构构件的地震安全性引起了越来越多的重视。
本文在此基础上，设计了一种新型装配式泡沫混凝土墙板，通过abaqus软件建立了装配式泡沫混凝土墙板框架等三个有限元模型，对比分析三个模型在低周反复荷载作用的破坏特征、滞回特性、耗能能力等。
1 连接构造
新型装配式泡沫混凝土墙板框架结构由预制泡沫混凝土板，L型连接件，螺栓，SBS沥青卷材及柔性填充材料构成，其中泡沫混凝土板通过12个L型连接件及对应的螺栓装配到混凝土框架上，为了减小墙板的破坏及提高结构的耗能能力，连接件上做开槽处理，且连接件与墙板之间黏贴一层SBS沥青卷材。泡沫混凝土板与框架预留一定缝隙，缝宽取30。缝隙填充80宽的聚苯乙烯泡沫板（墙厚120），并用聚氨酯泡沫填缝剂填充密封。同时，在墙板与底梁间砌筑一层10厚的低强度砂浆。详细构造如图1所示。
2 有限元分析
2.1模型概况
模型参数如下：三个试件都是以1：2缩尺的构件，框架层高1490，跨度2310，轴压比为0.3，框架梁截面尺寸为250×200，框架柱截面尺寸为250×250，底座截面尺寸为600×400。其中，混凝土设计强度为C30，纵筋采用HRB400，箍筋采用HPB300，框架梁、柱混凝土保护层厚度为15，底座保护层厚度为30。
2.2 模型建立
2.2.1 单元类型
三维实体八节点缩减积分单元（C3D8R）计算精度较高且不存在剪切闭锁问题，本文混凝土、墙板、连接件及螺栓均采用此单元类型；桁架单元只能模型仅受拉压荷载的单元，用来模拟钢筋比较合适，故本文采用两节点线性三维桁架单元（T3D2）模拟钢筋。
2.2.2 本构关系
混凝土本构模型采用abaqus软件自带的损伤塑性模型（CDP），该模型所需的混凝土本构关系取自《混凝土结构设计规范》附录C中相关公式。钢筋本构关系采用常用的双折线模型；
2.2.3 边界条件及约束处理
底梁底部采用完全固定约束，加载分为两个分析步，第一个分析步施加竖向轴力，根据轴压比可计算出实际施加轴力为270KN，第二个分析步施加位移荷载，以4为极差进行控制加载，每级循环一次，最大加载位移为52，
钢筋用内嵌约束（Embed）嵌入到混凝土中，CWF试件中，墙板与框架之间的相互作用设置为接触（Contact），其中，法向方法定义为硬接触，切向方法定义为罚函数，摩擦系数默认为0；在PWF试件中，墙板与框架梁、柱之间的相互作用设置为硬接触，摩擦系数设置为0.6，为了简化处理，连接件与墙板及螺栓间的相互作用设置为硬接触与摩擦系数0.4，不考虑SBS沥青卷材的作用；螺栓与混凝土间采用绑定约束。
2.2.4 网格划分
底座和墙板网格尺寸划分为100，框架梁、柱及钢筋网格尺寸划分为50。
2.3 结果分析
2.3.1 空框架受力特点对比
由峰值荷载（）处各模型混凝土框架等效塑性应变（PEEQ）云图可看出，当加载到32mm（峰值位移）时，BF与PWF的柱脚及梁端形成塑性铰，混凝土的塑性损伤主要集中在这两处；在PWF中，由于墙板与框架梁、柱的脱开处理，框架的损伤程度跟BF差不多；而在CWF中，由于墙板与框架间采用拉结筋进行连接且没有开缝处理，两者连接较为紧密，墙板的支撑作用限制了框架的变形，导致框架柱的破坏程度比BF和PWF严重。
2.3.2 墙板受力特点对比
由CWF中现浇墙板与PWF中预制墙板各个位移下Mises应力云图可得出，在CWF中，当水平位移加载到-1.32时，墙板上拉应力达到抗拉强度值的区域就已经贯通整个墙板，说明在加载初期，现浇墙板破坏状况就很严重。在PWF中，当加载至-12时，墙板左下角开始产生破坏；加载至-16，左侧三个螺栓孔处局部破坏，左下角破坏区域已经延伸至最下方的螺栓孔处，该螺栓孔处的连接件将退出工作；随着加载位移的增加，墙板左右下角及螺栓孔处的破坏区域不断延伸，加载至-24时，破坏区域延伸至中间螺栓处，中间位置连接件将退出工作；当加载至32时，破坏区域已贯通至全部螺栓孔处，墙板的两侧破坏严重，大部分连接件将丧失使用功能。当加载至52时，破坏区域将贯通整个墙板。
2.3.3 滞回曲线
各模型的荷载-位移滞回曲线如图8所示：
a.CWF b .PWF
图2 各模型的荷载-位移滞回曲线
从各个模型的滞回曲线对比分析可得出：
因模拟过程中不考虑混凝土与钢筋之间的滑移，三个模型的滞回曲线并没有出现比较明显的捏缩现象，在位移加载初期，结构处于弹性阶段，故滞回环面积较小，随着加载位移的增加，框架梁端及柱脚逐渐形成塑性铰，墙板参与耗能，滞回曲线越来越饱满，呈现“梭形”状。在同等位移条件下，CWF和PWF的滞回环面积均大于BF，说明泡沫混凝土板参与了结构的耗能，提高了结构的承载力及耗能性能。
3 结论
在传统的内隔墙板的研究基础上，提出一种新型装配式泡沫混凝土墙板，并对其进行了有限元分析，得出以下结论：
（1）新型装配式泡沫混凝土墙板框架结构滞回曲线接近“梭型”，具有良好的耗能能力，可在地震作用中耗散地震能量，可减少结构的破坏。
（2）与传统现浇式墙板相比，其承载力及初始刚度有一定的下降，墙板的开裂荷载有一定的提升。
（3）因墙板强度较低，墙板四个墙角及螺栓孔处过早的产生破坏，L型连接件过早的丧失使用功能，不能较好的进行新型装配式泡沫混凝土墙板框架结构的工作机理。
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因造成的。
2.2现状基坑稳定性分析
根据现状图的各个剖面，利用启明星计算软件FRWS7.2进行基坑整体稳定性验算，得其安全系数为1.459～3.610，均大于1.35，满足现行规范要求。根据现状基坑检测报告，结合基坑监测数据分析和基坑稳定性计算结果，在长时工况下，现状基坑整体处于安全稳定状态。
3超期服役基坑桩锚结构加固措施
3.1预应力锚杆紧固张拉
为保证在加固设计时已施工的预应力锚杆能满足设计要求，需要对部分锚杆进行重新张拉锁定，使其达到设计预应力值。在保证护坡桩配筋符合现状、桩长折减0.3m、锚杆设计值满足要求的前提下，对现有支护结构进行重新设计，得出的未施工锚杆相比原设计有所增加。
3.2桩间喷射混凝土面板脱落修补
由于桩间喷射混凝土面板局部出现开裂，在冬春交替时节，土体易发生冻融现象或雨季受冲刷脱落，不利于桩间土体的稳定。建议在春季、雨季增加巡查次数，对于桩间土支护出现明显开裂、破损及脱落的部位进行补喷处理，必要时根据情况进行相应的加固处理，如在护坡桩间增加短土钉进行加固。
3.3钢腰梁及锚头锈蚀修补
钢腰梁普遍存在锈蚀现象，且随着时间推移，锈蚀程度将会不断加剧，进而降低腰梁刚度，引发腰梁产生屈服变形。建议对现有钢腰梁进行除锈处理并在其表面涂刷防锈漆。加强巡视及监测，当发现钢腰梁锈蚀程度明显增加、锚杆轴力损失严重或者显现屈服变形迹象时，及时进行相应部位钢腰梁的加固处理。对现状锚头垫板、预留钢绞线全部采用防腐漆处理。对于未张拉的钢绞线进行简单防腐处理，处理措施如下：自由段钢绞线采用涂防腐漆处理，处理后装入自由段套管中，自由段套管两端100～200mm长度范围内用黄油充填，外绕扎工程胶布固定。
3.4地表水防护
建议做好现状地面硬化层及地表排水设施的维护工作，降低本项目在雨季面临的风险。对基坑周边的硬化地面进行全面检查，对破损部位、开裂部位进行补充硬化，采用C15混凝土进行硬化。基坑坡顶位置设置挡水墙，防止雨水进入基坑和坡面。挡水墙可采用普通砖砌筑，高度不小于200mm。做好排水疏导，地面硬化应结合排水沟、雨水管道（篦子）设置散水，散水坡度一般为3%～5%。根据现场情况亦可在基坑周边设置排水沟引导雨水，排水沟内壁应采用防水砂浆抹面。
结语
通过对超期基坑安全评估，确定超期基坑需要进行加固的关键环节，采取相应的加固处理措施，延长基坑服务时限，降低安全风险。通过采取基坑支护结构及周边地表外观鉴定、桩锚支护结构检测及对基坑监测记录整理及分析，综合评定基坑安全稳定性。采用钻芯法检测桩身混凝土的质量、探地雷达探测桩外土层密实性、锚杆验收试验判断锚杆是否失效，为支护构件是否需要采取相关加固措施提供判断依据。通过增加预应力锚杆排数或增加长度、对预应力锚杆进行补充张拉、对桩间土体进行补喷混凝土及钢腰梁和锚头进行防腐除锈处理等加固方式，重点控制地表水和地下水对于超期基坑的影响，采用动态监测实时关注各支护构件的运行情况，及时发现问题进行修复处理，保证基坑及周边环境的安全平稳运行。
参考文献：
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［4］中国建筑科学研究院．建筑基坑支护技术规程：JGJ120—2012［S］．北京：中国建筑工程出版社，2012：27-28．
论文作者:胡颖男
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第2期
论文发表时间:2019/9/5
标签：混凝土论文; 基坑论文; 墙板论文; 框架论文; 螺栓论文; 泡沫论文; 位移论文; 《建筑细部》2019年第2期论文;