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近年來，高強高性能混凝土在國內(nèi)外的高層建筑中應(yīng)用越來越多，高強混凝土剪力墻作為高層建筑中的主要抗側(cè)力構(gòu)件，其抗震性能的好壞對結(jié)構(gòu)影響很大，大量學(xué)者已對高強混凝土剪力墻進行系統(tǒng)全面地研究。目前國內(nèi)外對普通強度的混凝土剪力墻進行的研究工作較多，而對高強混凝土剪力墻的研究較少，主要是西安建筑科技大學(xué)對高強混凝土剪力墻做過一些研究，但對高強混凝土剪力墻來說，仍缺乏系統(tǒng)的理論分析和試驗研究，設(shè)計中所采用的力學(xué)模型和設(shè)計計算方法，缺乏試驗依據(jù)，這些問題給實際工程及設(shè)計帶來很多不便。因此，對高強混凝土剪力墻進行系統(tǒng)的研究是很有必要的。在低周期的反復(fù)荷載試驗基礎(chǔ)上，利用ANSYS有限元分析程序?qū)握{(diào)荷載作用下的高強混凝土組合剪力墻進行了非線性有限元分析，通過建立相關(guān)的有限元模型，模擬計算結(jié)果和試驗結(jié)果較為吻合，說明建立的ANSYS有限元模型是合理的，可較為真實地模擬實際剪力墻的受力性能。
采用的分析模型為3個帶邊框的工字形截面高剪力墻，試件編號分別為SW、TSW和TSW-BT。其中，SW為高強混凝土普通剪力墻，TSW為內(nèi)藏鋼框架高強混凝土剪力墻，TSW-BT為內(nèi)藏斜向支撐鋼框架高強混凝土剪力墻。剪力墻采用C60細石混凝土澆筑，槽鋼采用熱軋普通5號(高為50 mm，翼緣寬為37 mm，腹板厚為4.5 mm)，混凝土、型鋼及鋼筋的材料力學(xué)性能實測值分別見表。因為三個試件基本的配筋是相同的，僅列出TSW-BT的配筋圖及測點布置圖，如圖所示。
鋼筋混凝土有限元模型，根據(jù)鋼筋的不同處理可以分為分離式、整體式和組合式這三種有限元模型。根據(jù)高強混凝土剪力墻的構(gòu)造特點，這里采用分離式的有限元模型，把混凝土、鋼筋和型鋼作為不同的單元來處理，混凝土、鋼筋和型鋼各自被劃分為足夠小的單元，其剛度矩陣是分開來求解的。
采用solid65單元模擬高強混凝土剪力墻的混凝土，link8單元模擬剪力墻中的鋼筋，shell181模擬剪力墻中內(nèi)包的型鋼、型鋼、鋼筋和混凝土單元采用是共用節(jié)點，鑒于鋼筋和混凝土之間粘結(jié)較好，相對滑移很小，故將其視為剛性聯(lián)結(jié)，混凝土與鋼筋之間不用聯(lián)結(jié)單元，根據(jù)高強混凝土剪力墻材料的受力特點和試驗?zāi)M加載特點，對于高強混凝土軸向受壓的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，采用多線性隨動強化模型(MISO)，并采用文獻所建議的混凝土單向受壓的應(yīng)力-應(yīng)變公式確定應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。當混凝土受到軸向拉伸時，假定混凝土受拉的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線為直到拉斷均為直線，這時的彈性模量相當于受壓時的初始彈性模量，鋼筋及型鋼的力學(xué)模型采用雙線性隨動強化模型(BKIN)，模擬其本構(gòu)關(guān)系。
在有限元分析中，如果考慮混凝土壓碎時，計算難以收斂，沒有考慮混凝土的壓碎，在W-W五參數(shù)破壞準則中，單軸抗壓強度取-1。
在網(wǎng)格劃分中遵循的原則是各單元的節(jié)點能夠位置重合，但由于位置的限制，型鋼的尺寸不可能與實際情況完全一致，采用等效面積的原則將型鋼薄板單元shell181的厚度進行修改。在對分布鋼筋的模擬上，同樣采用體積配筋率相同和各個節(jié)點統(tǒng)一的原則來布置，同時由于混凝土塊單元solid65和分布鋼筋單元link8單元的節(jié)點是完全耦合的，可以在不考慮保護層厚度影響的情況下，將鋼筋直接布置在剪力墻墻體外表面，對型鋼、鋼筋和整體所建立的有限元模型如圖所示。
在對試驗的加載方式及過程進行模擬時，高剪力墻的水平加載點位于加載梁兩側(cè)的各個節(jié)點處，為了避免由于局部荷載過大導(dǎo)致的單元模型局部變形過大，將加載梁中的混凝土塊單元用線彈性材料替代原模型中的多線性塑性材料，并將材料的彈性模量擴大為普通混凝土的10倍。為了模擬試驗中基礎(chǔ)梁對墻體的固結(jié)作用，在有限元模型中對墻體底部的所有節(jié)點的全部自由度進行約束。
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