本节将有限元计算结果与试验结果对比分析，论证有限元模型的有效性与精确性。在此基础上，分析带栓钉波形钢板-混凝土组合剪力墙的受力性能及破坏状态。利用精细化组合剪力墙模型分析是否布置栓钉，以及栓钉直径、栓钉间距、钢板厚度对波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能的影响，并探究波形钢板与混凝土界面黏结作用对组合剪力墙承载力的影响。本章共建立28个有限元模型，各有限元模型参数详见表7.10。

表7.10　有限元模型参数

续表

注：t为波形钢板的厚度；模型中栓钉布置在波形钢板波谷，长度统一取60mm；d为栓钉直径；Sd为栓钉间距；0表示不考虑波形钢板与混凝土界面的黏结作用，此时模型中钢板与混凝土接触属性采用法向硬接触、切向无摩擦；1表示考虑波形钢板与混凝土界面间的黏结作用；本章有限元模型中栓钉抗拉强度统一取450MPa。

（1）试件破坏形态对比

图7.69为试件SPCSW-2、SPCSW-3的试验破坏与裂缝发展形态，图7.69（a）为试件SPCSW-2位移加载至±41.0mm（位移角：±2.1%）时试件破坏现场实测图，图7.69（b）为试件SPCSW-3位移加载至±33.6mm（位移角：±1.7%）时试件破坏现场实测图。由图7.69可知，剪力墙均发生弯剪破坏，墙体中下部产生较多的剪切短斜裂缝，SPCSW-2墙体中部形成与竖直方向成30°的X形主裂缝，SPCSW-3墙体中部形成与竖直方向成60°的V形主裂缝，墙体底部形成弯曲破坏裂缝，破坏时主斜裂缝与底部水平裂缝贯通，SPCSW-3试件墙体底部破坏更严重。试验试件SPCSW-2与SPCSW-3最终的破坏主要表现为墙体两侧墙趾混凝土被压碎，H型钢与钢筋外露屈服，导致试件承载力下降。试验试件具体破坏过程及受理机理分析详见本书第3章，试验过程中波形钢板表面焊接的栓钉无脱落现象。

图7.69　试件破坏状态实测图

本节采用ABAQUS中混凝土塑性损伤模型来模拟混凝土，可以通过后处理中的最大塑性应变图或最大塑性应变矢量图来反映混凝土裂缝的发展与分布情况，裂缝的方向垂直于最大塑性应变矢量方向，即与拉应变的红色箭头的方向垂直。图7.70是SPCSW-2剪力墙模型在位移加载为±41.0mm时混凝土墙体的最大塑性应变图与最大塑性应变矢量图，图7.71是SPCSW-3剪力墙模型在位移加载为±33.6mm时混凝土墙体的最大塑性应变图与最大塑性应变矢量图。从图7.70、图7.71可以看出，墙体墙趾处最大塑性应变已经远远大于混凝土的极限压应变，表明混凝土已经被压碎。最大塑性应变矢量图同样表明，墙体两侧墙趾处混凝土被压溃，与试验试件墙角混凝土破坏现象一致。根据图7.71（b）可以得到在墙体底部形成水平贯通裂缝，这与图7.69（b）试验现象吻合。

图7.70　模型SPCSW-2-FEM混凝土墙体破坏状态（加载位移：±41.0mm）

图7.71　模型SPCSW-3-FEM混凝土墙体破坏状态（加载位移：±33.6mm）

图7.72与图7.73分别为试件SPCSW-2、SPCSW-3内部钢板Mises应力云图。从图中可以看出，H型钢柱已经进入屈服破坏阶段，波形钢板大面积进入屈服状态，内部波形钢板形成受剪方向的应力带，主要集中出现在波形钢板中下部。

图7.72　模型SPCSW-2-FEM钢板Mises应力云图（加载位移：±41.0mm）

图7.73　模型SPCSW-3-FEM钢板Mises应力云图（加载位移：±33.6mm）

波形钢板-混凝土组合剪力墙试件SPCSW-2、SPCSW-3墙体两侧钢材破坏形态对比见图7.74、图7.75。模型中钢材的破坏形态与试验最终破坏时现象基本相同，H型钢与钢筋外露屈服，墙角两侧形成塑性区域与试验中形成的墙角塑性区域位置基本一致。钢筋的应力云图见图7.76。

图7.74　试件SPCSW-2墙角处钢材破坏形态对比

图7.75　试件SPCSW-3墙角处钢材破坏形态对比

图7.76　钢筋应力云图

综上所述，剪力墙模型有限元分析与试验所得到的破坏形态基本相近，这初步说明本章所建立的有限元模型可以有效地模拟分析波形钢板-混凝土组合剪力墙。

（2）荷载-位移曲线对比分析

通过ABAQUS有限元软件分析结果，得到模型SPCSW-2-FEM、模型SPCSW-3-FEM的滞回曲线与骨架曲线，其与试验数据对比如图7.77、图7.78所示。

图7.77　滞回曲线对比

图7.78　骨架曲线对比

从图7.77、图7.78中可以看出，有限元模型的初始刚度与峰值荷载略大于试验试件，滞回环面积也大于试验结果，这是由于有限元模型中未考虑试件材料的初始缺陷、材料强度的离散性、平面外支撑系统对试件的影响；SPCSW-3模拟骨架曲线的下降段较快是由于模型中未考虑墙体的侧向支撑导致加载后期模型出现压屈；试验试件SPCSW-2滞回曲线本身出现拉压不对称现象，但有限元模拟为试件理想情况，导致反向加载曲线与试验曲线差异较大。如上所述，有限元可以较好地模拟剪力墙试件的滞回性能。

（3）主要计算结果对比(www.daowen.com)

本文采用几何作图法求得各有限元模型的屈服荷载与屈服位移，表7.11、表7.12分别为试件SPCSW-2、SPCSW-3试验与模拟的主要结果对比。从表中数据可知，模拟结果与试验结果基本一致，峰值荷载误差在10%左右，满足工程精度要求。除了屈服位移由于有限元模型初始刚度略大导

致误差较大，其余误差均在合理范围内，SPCSW-3的模拟结果与试验结果吻合度较高。

表7.11　SPCSW-2计算结果对比

注：Fy为屈服荷载，Δy为屈服荷载对应的位移，Fmax为峰值荷载，Δmax为峰值荷载对应的位移。

表7.12　SPCSW-3计算结果对比

注：Fy为屈服荷载，Δy为屈服荷载对应的位移，Fmax为峰值荷载，Δmax为峰值荷载对应的位移。