鋼筋混凝土剪力墻的延性計算方法

司林軍,李國強,2,孫飛飛,2

(1.同濟大學建筑工程系,上海200092;2.土木工程防災國家重點實驗室,上海200092)

1 RC剪力墻試驗數據

本文共收集國內外39個RC懸臂剪力墻試件在往復水平力作用下的試驗數據,所有試件的剪跨比均大于等于1。表1給出了剪力墻試件的主要參數。

表1 剪力墻試件主要數據Tab.1 Database of RC shear walls

2 位移延性計算方法

試驗研究表明,按承載力設計并不能保證剪力墻具有良好的延性。為此,有必要建立剪力墻的延性計算方法,研究剪力墻的延性與諸因素的關系。

2.1 截面曲率延性比的計算[2]

實墻截面曲率延性比由下式計算

式中 φy、φu—截面屈服曲率和極限曲率。

下文采用平截面假定建立 φy、φu的計算式。

定義截面最外側受拉鋼筋屈服時截面曲率為屈服曲率φy(mm-1),剪力墻的屈服曲率可以表示為

式中 εy—最外側受拉鋼筋的屈服應變;εcy—最外側受拉鋼筋的屈服時受壓區混凝土外纖維壓應變,εcy采用文獻[2] 的計算公式。

Spatial pattern of environmental efficiency and its influencing factors

定義截面受壓區混凝土纖維達到極限應變εcm時截面的曲率為極限曲率φu(mm-1)(見圖1)。采用平截面假定及截面中和軸處應變為0,φu可由下式計算

式中εcm—截面受壓區混凝土的極限壓應變,xn—截面中和軸高度(xn=1.25;εcm與剪力墻端部混凝土的約束程度有關,無箍筋約束作用時,取εcm=0.003 3。

有箍筋約束作用時,依據文獻[2] 的研究結果,含箍特征值 λk與約束混凝土的極限壓應變εcm存在如下關系(見表2)。

由力平衡關系并應用《高層建筑混凝土結構技術規程》[12](JGJ 3-2002)第7.2.8條可得到截面相對受壓區高度 ζ的計算公式。

1)受壓區位于受壓翼緣內即x＜h′f

式中具體參數含義參見《高層建筑混凝土結構技術規程》7.2.8條[12]。

表2 與配箍特征值(λk)對應的極限壓應變(εcm)Tab.2 The relationship between λkand εcm

2.2 位移延性比與曲率延性比的關系

采用Paulay T.[13]提出的公式計算剪力墻的位移延性比,即

3 計算方法的試驗驗證

用上述方法計算表1剪力墻試件的位移延性比,結果列于表3,位移延性比的實測值也列于表3。位移延性比實測值取 μ△=△u/△y,△y為試件屈服位移,即外側受拉鋼筋屈服時的位移,△u為試件極限位移,取承載力開始急劇下降或下降10%時的位移,表中 μ△取兩個加載方向的平均值。

顯然,除個別試件外,剪力墻位移延性比計算結果與實驗結果吻合較好,說明本文計算方法基本合理。

4 參數分析

由上面的分析可知,μ△與 λk、λ、n有關。為了定量的了解 μ△與這些因素的關系,本文對文獻[4] 中的墻 WSH3、WSH4、WSH6作參數計算 ,可得到以下μ△-λu-λ-n的關系(見圖2)。由圖2可得到以下看法:

2)含箍特征值 λk、剪跨比 λ(H/hw)固定,位移延性比隨著軸壓比 n的增大而降低。當 λk=0.144,λ=H/hw=2.5時,若 n從 0.06增加到0.18,則 μ△從5.31減小到2.45。

3)剪跨比 λ(H/hw)、軸壓比 n相同,位移延性比隨著含箍特征值 λk增加而增加。當 λ=H/hw=1.5,n=0.06時,若 n從0.144增加到0.185,則μ△從6.9增加到7.34。

4)軸壓比對剪力墻的位移延性比有比較明顯的影響。這是由于軸壓比的增大,增大了剪力墻的屈服曲率,同時減小了剪力墻的極限曲率。

表3 位移延性比計算值與實測值對比Tab.3 Ductility comparison between calculated values and test results

5 結論

1)文中位移延性比的計算方法適用于剪跨比大于2的中、高剪力墻,一般不適用于低矮剪力墻;軸壓比、約束箍筋的范圍和剪跨比對剪力墻的破壞形態有較大影響。軸壓比增大時,增加剪力墻邊緣約束箍筋的數量和范圍能使其具有良好的延性。試驗證實軸壓比和邊緣構件約束程度是影響剪跨比大于2的剪力墻(破壞形式為彎曲破壞或彎剪破壞)的重要因素;

2)通過 μ△-λk-λ-n的相互關系可以看出,為保證剪力墻具有良好的延性,應限制剪力墻的軸壓比和設置邊緣端部約束邊緣構件。

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