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HR-EPS模块复合保温剪力墙稳定性研究

王万敏  
【摘要】:HR-EPS模块是一种比普通保温材料更为优越的新型建筑材料,具有轻质、高强、节能环保等优点。因而由HR-EPS模块构成的剪力墙结构体系在建筑行业中的应用越来越广泛。HR-EPS模块剪力墙作为建筑围护及承重结构,不仅需要满足保温节能要求,还要具备良好的力学性能,但因芯肋的存在,造成墙体开洞,影响了包括稳定性在内的力学性能。本文利用理论计算与ABAQUS有限元模拟相结合的研究方法,对该类型剪力墙体系平面外的稳定性能进行研究。主要研究内容和成果如下:1.分析研究单片未开洞普通墙体的稳定性能。基于压杆稳定的欧拉公式,建立普通剪力墙轴心受压和偏心受压稳定性验算的基本公式,然后对公式内的初始偏心距和计算长度两个重要参数进行分析。结果表明:(1)初始偏心距的存在会增大临界荷载状态下的侧向挠度,降低结构自身的稳定性;(2)不同约束下剪力墙的计算长度不同,导致剪力墙稳定性验算公式的表达形式不同。但是总体而言,剪力墙的稳定性应优先满足墙体高厚比限值,然后再进行墙肢平面外稳定性验算。2.HR-EPS模块剪力墙因洞口的存在,削弱了截面,改变了截面特性,其平面外稳定性有别于普通剪力墙。故借助于能量准则,将截面沿高度方向有变化的墙体利用等效刚度法转换成普通墙体结构,并利用普通剪力墙作为特殊情况进行验证。就可以套用普通剪力墙的稳定性验算公式,计算得到HR-EPS模块剪力墙失稳时的临界荷载及最大侧向变形,最后对计算结果进行分析。研究结果表明:(1)由于HR-EPS模块剪力墙的截面削弱造成平面外抗弯刚度降低,因而其临界荷载作用下的侧向变形相对增大;(2)相对于矩形洞口,无论剪力墙洞口是扁平还是狭长,其临界状态下的侧向变形都会增大,相应的稳定性能就会降低。要保证结构具有良好的稳定性能,在洞口设计时应尽量使洞口两个方向的尺寸相近;(3)剪力墙的稳定性随着高厚比的增大而降低,要保证墙体整体稳定,必须对墙体的高厚比加以限制,常用开洞类型的HR-EPS模块剪力墙的高厚比要限制在25.38以内。3.为了验证计算结果的准确性,本文利用ABAQUS有限元分析软件建立了HR-EPS模块剪力墙的相关模型,分析洞口大小、形状、排列方式及高厚比等因素对剪力墙稳定性能的影响,并与相应的理论结果进行对比,得出如下结论:(1)利用有限元计算的墙体在临界状态产生的最大侧向变形与理论公式计算结果基本一致,理论公式还是具有一定的可靠性;(2)无论洞口的形状及排列方式如何,洞口周围都会出现应力集中现象,且洞口排列越不规则、两边尺寸相差越大,应力集中现象越严重;(3)平面外抗弯刚度越小,失稳时产生的侧向变形越大,单片墙体的整体稳定性就越差;(4)剪力墙在临界状态下的侧向变形随着高厚比的增大而增大,则稳定性随之降低,与上述计算结果反映的变化规律一致。


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