Page 291 - 《振动工程学报》2026年第3期

第 3 期 张品乐，等： 塑性铰区采用混杂纤维 ECC 材料一字形截面短肢剪力墙抗震性能研究 891

替换普通混凝土，可以显著提高 RC 短肢剪力墙的
耗能能力。箍筋加密后等效黏滞阻尼系数明显提
高，可知箍筋加密可以显著提高试件的耗能能力。
ECC 短肢剪力墙破坏时的等效黏滞阻尼系数值都
在 0.20 以上，明显高于型钢混凝土剪力墙 ［19］ 。

3 ECC 短肢剪力墙非线性分析

利用有限元软件 ABAQUS，对 ECC 一字形截
面短肢剪力墙有限元模型采用实际试验尺寸建模，
图 11 有限元分析模型
底梁、ECC 区域与 RC 区域混凝土均使用三维实体
Fig. 11 Finite element analysis model
单元 C3D8R，钢筋采用三维桁架单元 T3D2。混凝
土材料模型选用 ABAQUS 自带的“Concrete Dam⁃
3. 2 ECC 本构模型
aged Plasticity”混凝土损伤模型，众多学者在软件中
输入混凝土单轴应力⁃应变曲线，通过软件计算后即 选用文献［24］提出的 ECC 受压本构模型，本构
可得到较吻合的模拟结果 ［20⁃22］ 。由于试验中 ECC 区 方程如下：
域与 RC 区域接触面没有产生滑移现象，故把两区 ì é ê ê m( ) m ù ú ú ú
ï
ï
1
ê
ε f
ï
域的约束方式设置为“Tie”绑定约束。采用嵌入约 ï E f ε f ⋅exp ê- ε pk ú ú ú ， 0 ≤ ε f ≤ ε pk
ê ê
ï ï
束“Embedded”将钢筋内置于混凝土剪力墙中。在 σ=í ë û
ï ï é ê ê m ù ú ú )
1
底梁底部设置为完全约束的边界条件。 ï ê m( ) ú (T - 1 E dc
ε f
ï ê ê ú ú ú + k f ， ε f > ε pk
ï E f ε f ⋅exp ê-
ï
î
3. 1 网格敏感性分析 ï ï ë ε pk û ε f
（3）
研究表明，网格尺寸的大小对有限元模拟结果 式中， E f 为 ECC 的弹性模量； ε f 为 ECC 的应变；ε pk 为
的准确性有一定影响 ［23］ ，在进行有限元分析之前，本 ECC 的峰值应力所对应的峰值应变； k f 为增强系数；
文进行了网格敏感性分析。以 ECCW⁃1 为例，网格
E dc 为基体配合比相同无纤维掺入的对照组试件的
三 维 尺 寸 依 次 选 用 100 mm×100 mm×100 mm、
能量吸收能力。k f、E dc 、T、m 具体取值方法参考文
100 mm×75 mm×50 mm、50 mm×75 mm×
献［24］。
50 mm、50 mm×50 mm×50 mm、25 mm×
选用文献［25］提出的 ECC 受拉本构模型，本构
25 mm×25 mm，不同网格尺寸下的 ECCW⁃1 骨架
方程如下：
曲线如图 10 所示。从图 10 中不难看出，当网格尺寸
ì σ ss
大于 50 mm 时，模型的承载力明显偏大，网格尺寸 ï ï E f ε f， 0 ≤ ε f <
ï ï E f
ï ( )
为 50 mm 的骨架曲线基本与网格尺寸为 25 mm 时 ï ï
σ = í σ ss σ ss （4）
的骨架曲线吻合。为了提高计算效率，模型网格尺 ï σ ss + k 1 ε f - ， ≤ ε f < ε cu
ï
寸选用 50 mm×50 mm×50 mm。 ï E f E f
ï ï
以 ECCW ⁃ 1 为 例 ，有 限 元 分 析 模 型 如 图 11 î k 2 σ cu， ε cu ≤ ε f
式中，σ ss 为 ECC 受拉开裂应力；σ cu 为受拉峰值应力；
所示。
ε cu 为 ECC 材料的极限抗拉应变；k 1 和 k 2 分别为强化
系数和软化系数，具体取值方法参考文献［25］。
3. 3 普通混凝土本构模型
短 肢 剪 力 墙 RC 区 混 凝 土 本 构 模 型 采 用 中 国
《混凝土结构设计规范》（GB 50010―2010） 提供
［26］
的本构模型：
（1） 受压本构方程：
ì ρ c n c ⋅ E c ε c， x ≤ 1
ï ï
ï
ï ï n c
ï n c - 1 + x c
σ c = í （5）
图 10 网格敏感性测试 ï ï ρ c ⋅ E c ε c， x > 1
ï
ï
2
î
Fig. 10 Grid sensitivity test ï ï α c( x c - 1 ) + x c