某結構實驗室反力墻的設計

高永卓(陜西建工安裝集團有限公司 陜西 西安 710068)

1 工程概況

隨著新的結構理論和計算方法的不斷出現，許多復雜結構都需要結構試驗來驗證，結構試驗的重要性也日益突出。在對試件施加側向推力或低周反復荷載時，反力墻與試驗臺座連成一體，形成剛度很大的抗側力結構，以承受水平荷載產生的反作用力，如圖1所示［1］。

本文主要介紹某結構實驗室的反力墻的設計方法，不包括試驗臺座和基礎設計。本反力墻高8m，寬8m，厚2．2m，總反力標準值為4000kN。

2 結構選型

反力墻的平面外形主要分為兩種。一種是“一”字形，這種類型的反力墻能給試件提供一維的推力和拉力，配合豎向反力架施加豎向力，則可完成平面內的二維加載。另一種是“L”形，這種類型的反力墻能給試件提供二維的推力和拉力，和豎向反力架一起可完成三維加載。而且L形的兩個墻肢能相互提供支援，剛度較“一”字形的要大。正是由于這種較廣地適應性，L形反力墻被大多數結構實驗室所采用。

由于反力墻的變形要求較高，一般要求在最不利荷載條件下頂點位移不大于墻高的1/2000，所以對水平荷載較大的反力墻一般均采用鋼筋混凝土墻體。

本工程反力墻采用了“一”字形鋼筋混凝土箱形墻體，平面尺寸如圖2所示。

為了固定施加水平荷載的作動器，反力墻上在縱橫兩個方向均設置了很多的穿墻錨孔，如圖3所示。國內絕大多數反力墻都采用此種方式。然而這種錨孔存在一個缺點:每調整一次作動器都要耗費相當的人力和時間。在本工程中，應用了一種新型的水平方向的鑄鋼錨槽，如圖4所示。這種錨槽允許作動器在水平方向任意滑動，極大地方便了作動器位置的調整。

3 荷載取值

在結構實驗室，主要有兩種常用荷載工況:一是單點集中加載，比如做節點試驗;二是多點加載，比如做多層框架的偽靜力試驗。這兩種情況下，單個作動器均能提供最大1000kN的反力。根據工藝資料，可以發現單點集中加載不是控制工況;同時，考慮到結構試驗的特殊性，采用了1．5的荷載動力系數。以下僅列出三種主要的多點加載工況，如圖5所示。圖中所示均為荷載標準值。

4 設計計算

反力墻這種結構，因其使用用途的特殊性，在工程實踐中并不多見。因此，我國結構設計規范和設計手冊中并沒有關于反力墻的設計方法。觀察反力墻的特點，可以發現其具有良好的空間整體性，當在墻上作用有荷載時，全墻都將參與工作。作者使用有限元程序ANSYS分析了反力墻在各種荷載工況下的受力狀態和變形情況，較深入地考察了反力墻的行為。然而，在設計過程中，能否在保證一定的精度的條件下，用簡單、實用的方法快速地完成反力墻的分析。作者引入了橋梁工程中常用的比擬正交異性板法(G—M法)［2～4］，完成了反力墻的分析，并將計算結果與有限元分析結果進行對比。計算結果的對比證明了將G—M法用于反力墻的設計是可靠的。

圖6是反力墻在工況2的ANSYS分析結果。兩種方法的計算結果列于表1。從中可以看出，G—M法的計算結果與有限元分析的結果比較接近，最大誤差不超過5%，其計算結果是可信的。

表1 工況2和工況3下G—M法與ANSYS分析結果對比

5 結論

在反力墻的設計中引入比擬正交異性板理論是可行的，G—M法快捷、實用，不僅能反映反力墻的空間整體受力狀態，而且其分析結果也是可靠的。作者旨在提出，在設計特殊結構的過程中，廣大設計人員應拓寬思路，尋找高效、準確的分析方法，同時與有限元分析結果相互印證，以確保結構的安全。