高厚比變化時(shí)十字型短肢剪力墻彈塑性分析

朱 夢 陽

(上海市建筑工程學(xué)校，上海 200241)

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高厚比變化時(shí)十字型短肢剪力墻彈塑性分析

朱 夢 陽

(上海市建筑工程學(xué)校，上海 200241)

采用FORTRAN90語言進(jìn)行了非線性分析程序的編寫，分析了五個(gè)鋼筋混凝土十字型短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在單調(diào)荷載作用下的彈塑性，比較了剪力墻截面高厚比變化時(shí)，剪力墻的承載能力、剛度和延性變化情況，結(jié)果表明，隨著高厚比的提高，結(jié)構(gòu)的承載力有所提高，而延性先增加后降低，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮該因素的影響。

短肢剪力墻，彈塑性分析，高厚比，承載力，變形能力

1 概述

短肢剪力墻[1]結(jié)構(gòu)在南方地區(qū)適用于中高層住宅樓。此體系的墻肢與普通剪力墻的墻肢比較后，可知其墻肢較短。所以較常采用“一”字型，“T”型，“L”型，“Z”字型，“]”型和“十”字型(如圖1所示)。張強(qiáng)等[2]采用ANSYS軟件對七組高厚比不同的十字型鋼筋混凝土短肢剪力墻進(jìn)行非線性分析，從圖示中可以看到短肢剪力墻的承載能力、剛度和延性等變化情況。馬彥曉等[3]采用有限元軟件SeismoStruct進(jìn)行建模，分析了肢厚比對短肢剪力墻構(gòu)件的影響，考察了填充墻對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移的影響。王建祥等[4,5]運(yùn)用ANSYS有限元軟件，對高層T形和L形短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線性分析。揭示了連梁跨高比、墻肢截面高厚比、軸壓比、墻肢截面高厚比和配筋率等諸多因素對變形能力的影響。并對結(jié)果進(jìn)行了分析，為工程中的T形和L形短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論和試驗(yàn)依據(jù)。

本文運(yùn)用FORTRAN語言進(jìn)行編寫非線性分析程序，F(xiàn)ORTRAN是Formula Translation的縮寫，意思是“公式翻譯”。它是當(dāng)

今國際上通用的一種高級程序設(shè)計(jì)語言，主要面向科學(xué)計(jì)算。本文將重點(diǎn)對“十”字型短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行較為有效和可靠的非線性靜力分析，揭示該型短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的真實(shí)力學(xué)行為。

2 有限元程序設(shè)計(jì)

本文中所編寫的程序功能說明：輸入文件主名可以自由定義，但規(guī)定為4個(gè)字符。輸入文件擴(kuò)展名規(guī)定為，輸出文件擴(kuò)展名規(guī)定為。程序的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、單元信息、約束條件、節(jié)點(diǎn)荷載等均具有線性自動生成功能。程序可以計(jì)算由單元組成的組合結(jié)構(gòu)問題。程序采用變帶寬存儲及三角分解法求解剛度方程，提高了求解速度。程序的整體結(jié)構(gòu)流程圖如圖2所示。

鋼筋混凝土十字型短肢剪力墻構(gòu)件在五組不同截面高厚比的影響下，可得到構(gòu)件的各項(xiàng)指標(biāo)。通過材料本構(gòu)關(guān)系[6]的應(yīng)用，采用纖維墻元模型[7]，建立了鋼筋混凝土十字型短肢剪力墻模型，構(gòu)件采用1∶1的尺寸輸入。520 mm為短翼緣寬度，200 mm為墻肢截面厚度，墻高假定為3 m，取保護(hù)層厚度為20 mm。軸壓比定為0.3。鋼筋采用Φ10，分布鋼筋采用Φ6，混凝土強(qiáng)度等級采用C30。試驗(yàn)中對長翼緣寬度，分別取值為1 000 mm，1 120 mm，1 240 mm，1 320 mm，1 480 mm，長翼緣與墻肢截面的比值就是高厚比，對應(yīng)為5，5.6，6.2，6.6，7.4。縱筋的配筋率ρ=0.007。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 承載力分析

當(dāng)鋼筋混凝土十字型短肢剪力墻截面高厚比有所變化時(shí)，試件的極限荷載和屈服荷載變化情況，如圖3所示。

從圖3可以知道：十字型短肢剪力墻的承載力隨著高厚比的增大而提高，當(dāng)高厚比為6.6時(shí)，承載能力增長顯著。而屈服強(qiáng)度高厚比增大的同時(shí)也有提高。因此可通過提高截面高厚比從而提高剪力墻的承載能力。

3.2 剛度分析

1)剛度分析。圖4為不同高厚比試件的剛度退化曲線圖，曲線從下往上依次對應(yīng)的高厚比為5，5.6，6.2，6.6，7.4。從圖4中可以看出，剛度退化系數(shù)隨著高厚比的增加而增大。高厚比雖然不同，但曲線的走勢相近。在具有相同荷載的條件下，高厚比較大的試件比高厚比較小的試件剛度大。

2)變形能力分析。圖5中曲線從下至上依次對應(yīng)高厚比是5，5.6，6.2，6.6，7.4。從圖5可知：曲線在起始階段仍然處于彈性階段，故其剛度和承載力無顯著變化。然后，曲線緩慢上揚(yáng)表示其承載力有增高的趨勢。

在結(jié)構(gòu)抗震性能中，延性系數(shù)能較好地對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的塑性變形能力進(jìn)行反映。從彈塑性反應(yīng)譜中顯示出，延性與地震荷載呈反比的現(xiàn)象。即延性越大對應(yīng)的地震載荷就越小。

從圖6可以看出，剪力墻的極限位移會隨著高厚比的增大而呈下降的趨勢。在高厚比6.6～7.4范圍內(nèi)變化不明顯。

從圖7可以知道，當(dāng)剪力墻截面高厚比小于6.6時(shí)，延性系數(shù)隨其增長而提高，當(dāng)高厚比為6.6時(shí)延性最好，當(dāng)高厚比大于6.6時(shí)延性逐漸降低，在實(shí)際結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮該因素影響，盡量選用高厚比為6.6的截面。

鋼筋混凝土十字型短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的彈塑性耗能的大小是通過滯回曲線所包圍的面積的大小來反映的。由圖8可知構(gòu)件的耗能能力：鋼筋混凝土十字型短肢剪力墻的耗能能力在截面高厚比增加的情況下曲線總體呈下降趨勢。

4 結(jié)語

1)當(dāng)對五個(gè)不同高厚比的鋼筋混凝土十字型短肢剪力墻構(gòu)件進(jìn)行對比，其承載能力的變化為:當(dāng)高厚比從5增加到7.4時(shí)，十字型短肢剪力墻的承載力曲線呈上升走勢，即屈服荷載和極限荷載都有了顯著地加大。

2)由延性系數(shù)和耗能能力這兩張圖形的變化可知：當(dāng)高厚比低于6.6時(shí)，延性系數(shù)隨著高厚比的增大而提高，在6.6處延性最好，超過高厚比6.6后延性逐漸降低。因此進(jìn)行剪力墻截面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮高厚比對承載能力及變形能力的影響，盡量選擇高厚比為6.6的截面。

[1] 容柏生.高層住宅中的短肢剪力墻體系[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，1997,18(6)：14-19.

[2] 張 強(qiáng)，陶澄澄，楊可可，等.高厚比變化時(shí)十字型短肢剪力墻彈塑性分析[J].上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011,40(1):63-67.

[3] 馬彥曉.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能研究[M].廣州：華南理工大學(xué)，2011.

[4] 王建祥,唐新軍,李雙喜.高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)變形能力分析優(yōu)化[J].河南科學(xué)，2011，29(5)：576-579.

[5] 王建祥,胡景龍,李雙喜,等.L形短肢剪力墻有限元的仿真試驗(yàn)[J].石河子大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，27(3)：345-349.

[6] 鄒 翾.復(fù)雜截面鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的非線性分析研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2004.

[7] 張 強(qiáng).基于纖維模型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)靜力非線性全過程分析若干關(guān)鍵問題的研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2008.

On elastic and plastic analysis of cross-shaped short-leg shearing wall with changing height-weight ratio

Zhu Mengyang

(ShanghaiArchitecturalEngineeringSchool,Shanghai200241,China)

Adopts FORTRAN90 to undertake the non-linear analysis program to undertake the compilation, analyzes the elastic and plastic properties of five reinforced cross-shaped short-leg shearing wall structure under the single loading, compares the loading capacities, strength, and ductility in changing height-thickness ratio of the shearing wall, and proves by the result the loading capacity can be improved with higher height-thickness ratio while the ductility’s increase is followed by the decrease, so the ductility should be fully considered in the structural design.

short-leg shearing wall, elastic and plastic analysis, height-thickness ratio, loading capacity, deformation capacity

1009-6825(2017)13-0036-03

2017-02-23

朱夢陽(1985- )，女，講師

TU313

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