水平配筋對混凝土框架—配筋砌體性能影響

郭秀芹 馬建勛 黎 瑩

(西安交通大學，陜西 西安 710018)

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水平配筋對混凝土框架—配筋砌體性能影響

郭秀芹 馬建勛 黎 瑩

(西安交通大學，陜西 西安 710018)

通過有限元非線性方法，采用半分離式模型，模擬了砌體剪力墻的水平配筋率對混凝土框架—配筋砌塊砌體混合體系協同工作性能的影響，指出水平配筋能有效提高結構的承載力，改善墻體的變形現象。

砌體墻，水平位移，配筋率，承載力

結構中的配筋砌塊砌體剪力墻主要分擔水平方向的風荷載及地震作用，國內外的學者對配筋砌塊砌體墻也做了不少研究，得出剪力墻承載力的主要影響因素有：構件尺寸、水平鋼筋配筋率、砌體的抗剪強度、灌芯率等。本文主要研究的是水平配筋率在水平荷載作用下對框架、配筋砌體協同工作性能影響。

1 水平位移作用下混凝土框架和配筋砌體剪力墻協同工作的有限元模擬

郭秀芹等研究了框架和配筋砌體墻的組合形式[1]。本文采用半分離式有限元模型[2]進行研究，模型所需數據見表1。

表1 水平荷載作用下模型數據表

模型砌塊砌體采用劉桂秋本構模型[3]，灌芯混凝土采用混凝土規范[4]推薦本構模型，鋼筋采用理想彈塑性模型。模型中加載方案：墻體頂部施加水平方向的位移，位移大小視水平配筋率而定。

表2 模型的水平配筋表

組號鋼筋直徑鋼筋間距mm鋼筋根數實際鋼筋As/mm2代換后的面積As'/mm2水平配筋率×100G00G1?620014396396.00.13G2?820014704704.00.23G3?102001411001571.40.52G4?122001415822260.00.74G5?142001421543077.110.1

2 模擬計算結果和結果分析

模擬計算結果見表3。

表3 模擬的計算結果

計算結果分析：

砌體墻的水平配筋對約束墻體的開裂有著明顯的作用，隨著水平配筋率的增加，墻體的開裂荷載持續增加，且墻體的開裂荷載和水平配筋率幾乎成正比例關系，從無配筋到配筋率為1.01%，開裂荷載由173.1 kN增加到248.6 kN，增加率為43.6%時，增加效果顯著，因此加大配筋率可以有效改善砌體墻的開裂。同時整體結構的開裂荷載也隨著配筋率的增加而增加較明顯。

水平配筋能對墻體形成約束，因此能提高結構的初始抗側剛度。圖2中，水平配筋率增加，其初始剛度也增大，水平配筋率從0%增加到1.01%時，砌體墻的初始剛度增加率為38.7%，整體結構的初始剛度也隨墻體水平配筋率的增加而加大。

水平配筋能有效提高墻體的承載力，而極限荷載正是其承載力的體現，因此配置一定量的水平鋼筋能很好的增大墻體的極限荷載。由圖2c)中可以看出，隨著水平配筋的增加，其極限荷載基本是呈線性增加的，尤其是配筋率大于0.23%，當配筋率由0%增到1.01%時，砌體墻的極限荷載則由497 kN增加到640 kN，增加率是28.8%。此時整體結構的極限荷載也隨著水平配筋率的增加線性增加，增加率是17.3%。

加大水平配筋有效提高了墻體的初始剛度，因此α的值隨著水平配筋的增加而增加。墻β的值也隨著配筋率的增加而加大，且增加的速度比α更顯著。

水平配筋的很大作用就是約束變形，因此水平配筋對極限位移的影響明顯，整體結構的極限位移隨著水平配筋率的增加而增加，尤其是配筋率大于0.23%，結構的極限位移和配筋率幾乎呈線性關系。當配筋率由0%增到1.01%時，結構的極限位移由12.5 mm增加到17.0 mm，增加率是33.3%。

由以上的分析可以得出水平配筋能有效改善墻體和結構的承載力及變形，尤其是在配筋率大于0.23%以后，作用更加明顯，因此我們有理由建議砌體墻的水平配筋0.3%以上最為合理。

3 結語

本文采用有限元非線性方法對混凝土框架—配筋砌塊砌體混合結構進行模擬，得到不同的水平配筋率在水平位移作用下對整體結構和砌體剪力墻的開裂荷載、初始剛度、極限荷載與α，β的影響。通過模擬結果分析認為加設水平鋼筋能夠提高砌體剪力墻的承載力，也能夠有效改善混合結構砌體墻的變形，因此我們建議砌體剪力墻要配置水平鋼筋，且水平配筋率最好在0.3%以上。

[1] 郭秀芹，馬建勛，成立濤.混凝土框架—配筋砌塊砌體混合結構在豎向力作用下協同工作性能研究[J].應用力學學報，2013(1)：23-25.

[2] 李 平.配筋砌塊砌體剪力墻非線性有限元分析[D].長沙：湖南大學土木工程學院，2005.

[3] 劉桂秋.砌體結構基本受力性能的研究[D].長沙：湖南大學土木工程學院，2005.

[4] GB 50010—2002,混凝土結構設計規范[S].

[5] 郭子雄，吳毅彬，黃群賢.砌體填充墻框架結構抗震性能研究現狀與展望[J].地震工程與工程振動，2008(3)：16-19.

[6] 胡敏磊.配筋混凝土小型空心砌塊剪力墻在中高層建筑中的應用[J].中固高新技術企業，2010(8)：69-71.

The influence of the horizontal reinforcement ratio on the collaborative work concrete of frame-reinforced block masonry mixed structure

Guo Xiuqin Ma Jianxun Li Ying

(Xi’anJiaotongUniversitycitycollege,Xi’an710018,China)

According to the non-linear finite element method, the paper adopts the semi-separation model to simulation of the influence of the horizontal reinforcement ratio of the masonry shearing wall on the concrete-framework-reinforced masonry mixed system with the work performance, and points out the horizontal reinforcement can effectively improve the structure’s loading capacity, and improve the deformation of walls.

masonry wall, horizontal displacement, reinforcement ratio, loading capacity

1009-6825(2016)31-0058-02

2016-08-25

郭秀芹(1986- )，女，碩士; 馬建勛(1963- )，男，博士

TU364

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