不同配筋形式下T形短肢剪力墻非線性分析

1、不同配筋形式下T形短肢剪力墻非線性分析    【摘 要】 用數(shù)值方法編制了鋼筋混凝土壓彎構(gòu)件的非線性分析程序，計(jì)算了T形截面短肢剪力墻的彎矩曲率關(guān)系。提出通過(guò)調(diào)整縱向鋼筋在截面的分布改善構(gòu)件強(qiáng)度和延性的建議，并分析了其合理性,為T(mén)形短肢剪力墻的研究和設(shè)計(jì)提供參考。    【關(guān)鍵詞】 短肢剪力墻；彎矩曲率；延性；強(qiáng)度；配筋形式    中圖分類(lèi)號(hào)：TU398 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A    The nonlinear analysis of the

2、Tshort pier shear wall under different reinforcement forms    Li Zhipeng，Guo Di，Wu Yaopeng    （School of Civil Engineering，Xian Univ. of Arch. & Tech. ，Xian 710055，China）    【Abstract】 This paper calculated the momentcurvature relations

3、hip of a T-short pier wall through a program that deals with the nonlinear analysis of reinforced concrete under flexure and axial load. And put forward the suggestion that strength and stretch ability can be improved by adjusting distribution of longitudinal reinforcement and analyze its rationalit

4、y to provide reference to study and design of the T-short pier shear wall.    【Key words】 short pier shear wall, momentcurvature relationship, ductility, strength, reinforcement forms    引言    短肢剪力墻結(jié)構(gòu)具有建筑布置靈活，結(jié)構(gòu)自重較輕的優(yōu)點(diǎn)，在小高層及高層住宅中得到廣泛應(yīng)用。高層建筑

5、混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程1在一般規(guī)定中列入了關(guān)于短肢剪力墻設(shè)計(jì)的條文。    本文在以往研究的基礎(chǔ)上編制了鋼筋混凝土壓彎構(gòu)件的彎矩曲率分析程序，從曲率延性和截面強(qiáng)度等方面進(jìn)行分析，以探求T形截面短肢剪力墻較為合理的配筋方式。    1.非線性分析程序原理    1.1 計(jì)算采用的基本假定     （1）變形過(guò)程中短肢剪力墻截面應(yīng)變符合平截面假定；    （2）不考慮混凝土抗拉強(qiáng)度；  

6、;  （3）構(gòu)件不受剪切變形影響；    （4）鋼筋與混凝土粘結(jié)良好，不產(chǎn)生鋼筋粘結(jié)破壞和滑移。    1.2 材料的本構(gòu)關(guān)系    本文對(duì)混凝土本構(gòu)關(guān)系采用肯特（Kent）和帕克（Park）模型，如圖1。混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為：    圖1 混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線    c=kfc2c0.002(c0.002)2 c0.002    c=k

7、fc1Z(c0.002) 0.002c20c    c=0.2kfc c>20c    式中：Z=0.550u+50h0.002，50u=3+0.002fcfc1000，50h=0.75sbsh，k為約束箍筋對(duì)混凝土強(qiáng)度的增大系數(shù)，fc為混凝土圓柱體抗壓強(qiáng)度，s為體積配箍率，b為混凝土受約束核心寬度，sh為箍筋間距，50u為50%應(yīng)力時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值，20c為應(yīng)力下降到20%時(shí)的應(yīng)變值，參數(shù)Z規(guī)定了直線下降段的坡度。        

8、鋼筋假定為理想彈塑性材料，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為(圖2)：    圖2 鋼筋應(yīng)力應(yīng)變曲線     s=Es?s sy     s=fy?ss s>y        1.3 非線性分析方法    為了計(jì)算在任一截面形狀和荷載角下的彎矩曲率關(guān)系，本文采用文獻(xiàn)3中提供的方法將截面沿x和y向劃分條帶形成網(wǎng)格。假定任一網(wǎng)格（面積為A）上混凝土應(yīng)力c,i為均勻分布。根據(jù)

9、截面中縱筋的實(shí)際配置在程序參數(shù)中輸入各鋼筋單元的位置坐標(biāo)和面積，計(jì)算模型如圖3所示。根據(jù)前述的計(jì)算假定即可求出截面任一點(diǎn)的應(yīng)變，應(yīng)力，進(jìn)而可得到截面的內(nèi)力，得到所要求的彎矩和對(duì)應(yīng)的曲率。    圖3 構(gòu)件計(jì)算模型    程序計(jì)算流程如圖4所示。     圖4 程序計(jì)算流程圖    2.配筋調(diào)整與分析    某一T形短肢剪力墻構(gòu)件截面及配筋如圖5示?；炷敛捎肅40，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=19.1N/mm

10、2,鋼筋采用HRB335級(jí)鋼筋，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=300N/mm2。運(yùn)用本文計(jì)算程序得到軸壓比分別0.3、0.4、0.5時(shí)，翼緣受壓和翼緣受拉的M關(guān)系曲線，如圖6所示。從圖中可以看出，在翼緣受壓和翼緣受拉時(shí)，    圖5 調(diào)整前的配筋方式    圖6 構(gòu)件雙向受力下的M關(guān)系曲線    其受力性能 有明顯的不對(duì)稱(chēng)，翼緣受壓時(shí)的延性明顯高于翼緣受壓的延性。這與實(shí)驗(yàn)中T形短肢剪力墻構(gòu)件在低周反復(fù)荷載作用下滯回曲線出現(xiàn)明顯不對(duì)稱(chēng)表現(xiàn)出的特征是吻合的。理論分析表明，T形短肢剪力墻由于截面

11、本身的幾何形狀不對(duì)稱(chēng)決定了雙向受力性能的不對(duì)稱(chēng)。截面的肢長(zhǎng)與肢厚比越大，這種不對(duì)稱(chēng)性越明顯。翼緣受拉時(shí)容易發(fā)生小偏心破壞，構(gòu)件的延性很差。文獻(xiàn)2指出，減少翼緣                   配筋并加大腹板端部配筋是改善T形截面柱抗震性能的有效措施。由于地震方向的不確定性，翼緣有最小配筋率限制，同時(shí)因腹板端部面積較小，其端部配筋量也不能大幅度增加。在保持截面總配筋量相當(dāng)?shù)那闆r下，調(diào)整鋼筋在墻肢截面的分布，是改善短肢剪力墻在翼緣受壓和

12、翼緣受拉兩種狀態(tài)下受力性能差異性的有效方法之一。在腹板端部盡量設(shè)置較多的鋼筋，而在翼緣內(nèi)只按構(gòu)造要求設(shè)置少量鋼筋，減小翼緣和腹板配筋量的差異，從而降低短肢墻反復(fù)荷載作用下的承載力差異，改善構(gòu)件的受力性能。根據(jù)這一原則將T形短肢剪力墻中的鋼筋布置做以調(diào)整，如圖7所示。圖7 調(diào)整后的配筋方式為了對(duì)比兩種不同配筋形式下構(gòu)件的強(qiáng)度和延性性能，計(jì)算了軸壓比分別為0.3、0.4、0.5時(shí)，調(diào)整前后翼緣受拉時(shí)的M關(guān)系曲線，如圖8所示。從圖中可以看出，調(diào)整配筋后截面的受彎承載力有較大的提高，圖8 調(diào)整前后構(gòu)件的M關(guān)系曲線峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變均有一定的增大，變形性能均好于前者。這是因?yàn)樵诒３忠砭変摻罨静蛔兊那疤?/p>

13、下，腹板端部設(shè)置較多的鋼筋，可以提高端部受壓區(qū)的抗壓能力，且與端部設(shè)置較密的箍筋形成鋼筋骨架可以更加有效約束核心混凝土，防止混凝土過(guò)早壓碎破壞，充分發(fā)揮翼緣縱筋的抗彎能力和壓區(qū)混凝土的抗壓能力，從而使構(gòu)件的變形和承載力都得到善。 3.結(jié)論本文計(jì)算了短肢剪力墻構(gòu)件在翼緣受壓和翼緣受拉兩種情況下的M關(guān)系曲線，提出通過(guò)調(diào)整截面配筋方式改善構(gòu)件性能，并進(jìn)行了對(duì)比分析。得到如下結(jié)論：（1）短肢剪力墻在翼緣受壓和翼緣受拉情況下，構(gòu)件的受力和變形性能有很大差異；翼緣受拉情況下很容易出現(xiàn)小偏心的脆性破壞。（2）使用本文提出的方法調(diào)整縱向鋼筋在墻肢截面的布置，在端部設(shè)置較多的鋼筋，可以提高構(gòu)件的受彎承載力，改善構(gòu)件的延性性能。（3）計(jì)算中還發(fā)現(xiàn)調(diào)整配筋后構(gòu)件雙向受力性能差異有所降低，雙向受力性能趨于合理。參考文獻(xiàn)1 GB50010-2002. 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范S2 郭棣. 寬肢異形柱的試驗(yàn)研究D. 西安：西安建筑科技大學(xué)，20013 朱伯龍、董振祥. 鋼筋混凝土非線性分析M 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1984，50-604 郭棣、吳敏哲、謝異同. 寬肢T形柱的滯回特性及耗能分析J.世界地震工程，2002,18（2）：146-1495 郭棣、吳敏哲、田煒. T形截面鋼筋混凝土柱偏心受壓分析J.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2001,3