2023-后开洞剪力墙洞口包裹型粘钢加固模拟研究-陈兆荣

引用格式：陈兆荣，蔡志立，康九斯，柯标志，杨春，陈奕年.后开洞剪力墙洞口包裹网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式(包括网络呈现版式)排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容，只可基于编辑规范进行少量文字的修改。网络首发地址：/urlid/11.283DOI：10.19701/j.jzjg.LS220389摘要：针对某烂尾楼改造加固工程中开洞率较高（26%）的后开洞剪力墙，采用L型钢包裹洞口并设缀板的加固方案，提出用U型筋焊接连接洞口截断处钢筋，施工简便响。结果表明：外包钢加固后开洞剪力墙的承载力提升；增大钢板厚度或宽度对在中部开门洞剪力墙的承载力提升不明显，对变形能力的提升有一定作用。针对开洞率较大的剪力墙，建议对洞口进行L中图分类号：TU311.4第一作者：陈兆荣，硕士，高级工程师，主要从事复杂高层建筑结构分析及工程实践工作，Email：245140142@SimulationresearchonRCshearwallswithpost-constructionopeningstrCHENZhaorong1,CAIZhili1,KANG（1ChinaConstructionFifthEngineeringBureautheThirdConstructionCo.,Ltd.,CEngineeringandTransportation,SouthChinaUnAbstract:Forthepost-openedshearwallwithahighopeningrate(26%)inaretrofitandrbuilding,thereinforcementschemeofwrappingL-shapedsteelaroundthsimpleconstructionmeasureofconnectingthecutsteelbarswithU-shapedsteelbarswasproposed.Ttheeffectsofvariousstrengtheningschemesandparametersonthemechanicalpropeshowthatthebearingcapacityoftheshearwallwithapost-constructionopeningisimprovedafterbeingstrengthenedthicknessorwidthofthesteelplateHowever,itstillhasacertaineffectontheimprovplateswithsmallerspacingorevencompletelywrappedwithsteel,whichishelpfuwall.Keywords:shearwallwithpost-opening;bondedsteelreinforcement;finiteelementanal近年来，城市更新持续推进[1]，其中既有建筑的功能变更与抗震性能提升或烂尾楼工程的续建均涉及结构的改造与加固。剪力墙结构被广泛应用在高层建筑中，在改造工程中可能由于建筑使用功能的变更而需要开洞。剪力墙开洞削减了截面尺寸，导致剪力墙承载力下降，同时开洞处钢筋被截断对洞口边缘混凝土受力不利，因此需剪力墙的加固方式主要是利用钢板、型钢或性能。章红梅等[2]通过试验证明了粘钢加固可以有效改善钢筋混凝土剪力墙的抗震性能，并指出在剪力墙易损部位应适当加密粘钢间距。张远淼有效提高其抗震性能。杜一鹏等[4]通过锚固密肋部分学者研究了开洞剪力墙的洞口加固方式、洞口位置和开洞率等参数对开洞剪力墙加固加固开洞剪力墙结构的抗剪承载力满足规范要求。蒋隆敏等[6]对高性能水泥复合砂浆钢筋网（HPFL）加固的震损短肢剪力墙进行了试验研究和数值模拟，并提出相应的加固构造措施和方较多，如Behfarnia[7]和Alavi[8]研究了不同的过数值模拟验证了其可行性，研究表明在洞口周开洞率较小，所研究的加固方式主要为在剪力墙侧面粘贴加固材料。某烂尾楼改造加固工程，开应力更大，需要更强的构造措施。剪力墙开洞削减了截面尺寸，导致剪力墙承载力下降，同时开洞处钢筋被截断对洞口边缘混凝土受力不利。而且，根据16G101-1图集[9]中对先开洞剪力墙的施工方法，需要在洞口上下设置暗梁和补强钢筋，则在后开洞的剪力墙洞口周边配筋不满足先开洞剪力墙的洞口周边配筋要求，因此需要在后开洞的洞口周边采取加固措施。对于开大洞口的剪力墙加固方法，图集13G311-1[10]建议采用型胶和对拉螺杆锚固加固角钢，加固角钢底部延伸至楼板并与底部钢板焊接，对拉螺栓穿过底部钢板和下层楼板，与固定于楼板底部和下层剪力墙的角钢进行连接，在设计上，底部螺杆的极限强度应大于加固角钢的强度。本工程对该建议构造断的钢筋，使施工更便利。目前对开大洞口剪力墙加固的模拟研究较少，洞口包裹型粘钢加固的加固效果和合理构造方式有待深入研究。据此，本文通过ABAQUS对某开大洞口剪力墙采用洞口包裹型粘钢加固方案前后的力学性能进行对比，并研究粘钢加固的钢板厚度、钢板宽度和缀板密度对加固效果的影响，研究成果可供工程设本工程对某烂尾楼进行续建并变更建筑使用功能。结构形式为钢筋混凝土剪力墙结构，已建成地下1层、地上12~14层，续建后地上29级为二级，混凝土等级根据楼层变化采用C30~C50，钢筋采用HRB400。由于建筑使用功轴剪力墙的开洞尺寸为1050mm×2250mm，开图1中⑩轴的开洞剪力墙为异型截面剪力型截面部分为研究对象，尺寸和配筋见图3。分析变量为钢板厚度、L型钢外侧边长、缀板间距比为0.3的不加固模型；2）SWH-A-B-C-D中对该剪力墙的加固方式见图2，施工过程为：1）步骤1，在剪力墙中部凿开尺寸为1150mm×2300mm的门洞；2）步骤2，凿掉部筋或竖向筋焊接连接，并在洞口周围浇筑一层50mm厚度的强度等级高一级的混凝土；3）步图1中⑩轴的开洞剪力墙为异型截面剪力型截面部分为研究对象，尺寸和配筋见图3。分析变量为钢板厚度、L型钢外侧边长、缀板间距比为0.3的不加固模型；2）SWH-A-B-C-D中比；3)除SWH-60-110-8-0.3和SWH-0-11缀板尺寸均为50×60×6;5)SWH-60-110-8-0.3模型内侧全包围无缀板、无洞口内侧钢板，板；6)SWN-0.3模型为轴压比0.3的不开洞剪力用直径10mm的钢筋；8)SW-0.3-12和SWH-图3模型尺寸表1模型参数外侧边比888内侧全包裹88888850010—2010)[11](简称混规)附录C中模型。k部节点的所有自由度。剪力墙钢筋嵌入图4边界条件单元模拟钢筋。模型的网格划分见图5,其中墙100mm,加固钢板网格最小尺寸为110mm,加在加载梁的顶面和端面的形心处设置参考点(RP点),分别将两个面与两个RP点耦合在一平方向施加单调递增的位移，直到位移角达到随着位移角增大，各模型有6个破坏特征点，各特征点的位移角见表3。图6~8为典型模型关键破坏阶段的应力。由图可知：1)在剪力墙门洞受拉侧底部(左下)的混凝土出现受拉损伤，即混凝土出现裂缝；2)裂缝处的钢筋达到屈服应变；3)门洞张开处(右上)较多钢筋达屈服点；4)达到荷载峰值；5)洞口内侧钢板受屈服；6)承载力降低至荷载峰值的85%(破坏点),破坏模式为受拉端边缘柱钢筋大面积屈集中；如图6(d)和6(f)所示，加固剪力墙达到峰值荷载时的受拉损伤区域大于未加固模型，表明具有更大的塑性变形能力；如图7、8点的角点点加固内屈服一一注：第(5)特征点中的“一在洞口(e)加固后模型屈服点(f)加固后模型达到荷载峰值(SWH-300-110-3-8)(图6混凝土受拉损伤应力图图6混凝土受拉损伤应力图S,MaxPrincipal(Abs)362988(a)屈服点(b)破坏点(平均：75%)图8钢板应力图(SWH-300-110-3-8)/MPa通过水平荷载-位移曲线和表3中主要破坏特征点位移角的对比(图9),分析是否加固、0.0200.0100.020SWH-300-110-8-0.3-120.0200.0100.020SWH-300-110-8-0.3-12SW-0.3SWH-300-110-8-0.3SW-0.3-12F/kNF/kNF/kNF/kNF/kNF/kN位移角/radF/kN0.0150.015800F/kNF/kNF/kNF/kNF/kNF/kN位移角/radF/kN0.0150.0158006000.010600800 SWH-300-110-3-8-0.3 SWH-300-110-3-8-0.3 SW-0.3400SW-0.3-1220001020304050600.0054002000.0052000.000屈服点峰值点破坏点0.000屈服点峰值点破坏点0.000屈服点峰值点破坏点0.000屈服点峰值点破坏点/mm/mm位移特征点位移特征点/mm/mm位移特征点8006004002000.020800600400200位移角/radSWH-300-110-8-0.3SWH-300-110-13-0.3SWH-300-110-18-0.30.015位移角/radSWH-300-110-8-0.3SWH-300-110-13-0.3SWH-300-110-18-0.30.015位移角/rad0.010 SWH-300-110-3-8-0.3SWH-300-110-3-18-0.3 SWH-300-110-3-13-0.30.0050.000屈服点峰值点破坏点00102030405060/mm位移特征点80060040020000.030SWH-0-110-8-0.3SWH-300-110-8-0.3SWH-150-110-8-0.3SWH-60-110-8-0.30.0250.0200.0150.0100.0050.000SWH-0-110-3-8-0.3SWH-300-110-3-8-0.3SWH-60-110-3-8-0.3SWH-150-110-3-8-0.30102030405060/mm屈服点峰值点破坏点位移特征点位移角/rad0.010 SWH-300-110-3-8-0.3SWH-300-110-3-18-0.3 SWH-300-110-3-13-0.30.0050.000屈服点峰值点破坏点00102030405060/mm位移特征点80060040020000.030SWH-0-110-8-0.3SWH-300-110-8-0.3SWH-150-110-8-0.3SWH-60-110-8-0.30.0250.0200.0150.0100.0050.000SWH-0-110-3-8-0.3SWH-300-110-3-8-0.3SWH-60-110-3-8-0.3SWH-150-110-3-8-0.30102030405060/mm屈服点峰值点破坏点位移特征点位移角/rad80060040020000.030SWH-300-110-8-0.3SWH-300-145-8-0.3SWH-300-180-8-0.30.0250.0200.0150.0100.0050.000 SWH-300-110-3-8-0.3 SWH-300-145-3-8-0.3SWH-300-180-3-8-0.30102030位移角/rad80060040020000.030SWH-300-110-8-0.3SWH-300-145-8-0.3SWH-300-180-8-0.30.0250.0200.0150.0100.0050.000 SWH-300-110-3-8-0.3 SWH-300-145-3-8-0.3SWH-300-180-3-8-0.30102030405060/mm屈服点峰值点破坏点位移特征点80060040020000.03080060040020000.030位移角/radSWH-300-110-8-0.1SWH-300-110-8-0.3SWH-300-110-8-0.50.0250.0200.015SWH-300-110-3-8-0.1SWH-300-110-3-8-0.3SWH-300-110-3-8-0.50.0100.0050.000屈服点峰值点破坏点0102030405060/mm位移特征点位移角/radSWH-300-110-8-0.1SWH-300-110-8-0.3SWH-300-110-8-0.50.0250.0200.015SWH-300-110-3-8-0.1SWH-300-110-3-8-0.3SWH-300-110-3-8-0.50.0100.0050.000屈服点峰值点破坏点0102030405060/mm位移特征点SWH-300-110-3-8-0.3SW-0.3SWN-0.3SWH-300-110-3-8-0.3SW-0.3SWN-0.380060040020000.020位移角/radSWN-0.3SW-0.3SWH-300-110-8-0.30.0150.0100.0050.000030405060/mm屈服点峰值点破坏点位移特征点3可见，荷载峰值不变，峰值变形变化较小。这位移角/radSWN-0.3SW-0.3SWH-300-110-8-0.30.0150.0100.0050.000030405060/mm屈服点峰值点破坏点位移特征点位移角。从图10也可见，钢板