短肢剪力墙的弹塑性性能研究

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1、短肢剪力墙的弹塑性性能研究【摘要】基于等代框架法的冇限元模型，应用带刚域的弹塑性杆单元来模拟短肢剪力墙的连梁，并考虑剪切变形影响，分析了水平侧向荷载作用下双肢短肢剪力墙的弹塑性过程，并研究了肢强系数、整体性系数、翼缘宽度和连梁配筋率等参数其塑性性能的影响。结果表明，在墙肢截面和配筋率一定时，随着肢强系数的增加、整体性系数的减小和连梁配筋率的降低，短肢剪力墙的承载能力降低，延性增加；而随着墙肢翼缘宽度的增加，短肢墙的承载力和延性都增加。因此在设计中，通过合理选择这些参数，可以使短肢剪力墙具有较高的承载力和良好的延性。【关键词】短肢剪力墙；弹塑性

2、分析；延性短肢剪力墙是近年来新兴的一种抗侧力结构，介于异形框架柱和一般剪力墙之间，这种结构体系以剪力墙为基础，并吸取框架的优点。但目前对其理论研究及有关设计规范都滞后于工程实践，影响了其应用和发展，因此，有必要对其进行研究。本文应用带刚域的弹塑性杆单元來模拟短肢剪力墙结构的墙肢和连梁，对双肢短肢剪力墙进行了水平荷载作用下的弹塑性分析，研究了槊性较发展过程和肢强系数、整体性系数、翼缘宽度以及连梁配筋率等因素对其弹塑性性能的影响。通过试验结果，分析了不同影响因素对其承载力及位移的影响，并对短肢剪力墙的设计给出建议。1.构建分析模型应用带刚域的弹塑

3、性杆单元来模拟短肢剪力墙结构的连梁，单元刚度矩阵见文献［2］。由于短肢剪力墙的连梁高度与墙肢高度相比较小，且连梁跨高比较大，因此对模拟墙的杆单元不考虑刚域的作用，釆用三线性恢复力模型，其参数确定如下a=0cr/0y0cr(My-Mcr)/Mcr(1)0cr=2£tu/hy(2)0y=(ecu+ey)/hyO(3)式中，Ocr.0y分别为计算截面达到开裂弯矩和极限弯矩时的转角；etu、ecu.ey分别为混凝土的极限拉应变、极限压应变和钢筋的屈服拉应变；Mcr、My为墙肢开裂弯矩和极限弯矩。1.选择计算程序釆用增量形式的有限元格式：［Kp］｛AU

4、｝=｛AP｝,式中，｛AU｝、｛△P｝分别为单元节点位移增量和作用力增量列向量。加载方式为按比例逐级单调加载，当受拉或受压墙肢的纵向受力钢筋屈服，墙肢出现槊性饺时，即认为结构失效。木文采用三线性恢复力模型MATLAB语言编制分析程序。2.相关弹塑性性能分析为了说明短肢剪力墙在水平荷载作用下的弹塑性发展过程，对一棉典型的8层对称双肢短肢剪力墙(整体性系数a=6,肢强系数20.929)进行了弹蜩性分析。3.1整体性系数固定短肢剪力墙的肢强系数F=0.929,整体性系数Q分别为6、8和10o分析表明，当肢强系数F—定，JL墙肢配筋率不变时，短肢剪力

5、墙的墙肢开裂弯矩随着整体性系数A的增加而降低，但其墙肢极限弯矩不变。位移延性比随Q的增大而降低，破坏荷载增加。3.2肢强系数对3片整体性系数a二8,层高为218m的8层双肢对称短肢剪力墙进行了弹塑性分析•在顶点对墙肢施加轴向压力，使墙肢的轴压比保持在0.3左右。墙肢截面受拉区钢筋的配筋率为0.435%,连梁的纵向受力钢筋配筋率为0.85%,其余钢筋均为构造配筋。分析结果表明，当整体性系数a、肢距、墙肢及连梁的配筋率不变时，随着肢强系数F的减小，短肢剪力墙的位移延性减小，开裂弯矩和极限弯矩增加，破坏荷载也随之增加。3.3翼缘宽度为了研究墙肢翼缘

6、宽度对短肢剪力墙弹塑性性能的影响，固定墙肢、连梁的截面高度和配筋率，仅变化墙肢翼缘宽度。分析结果表明，翼缘的宽度也影响着剪力墙的弹塑性性能。随着翼宽的增加，墙肢的开裂弯矩增加，但增幅不大，而墙肢的极限弯矩和位移延性的增幅较大，剪力墙的承载能力也有较人幅度的提高。同时，墙肢的耗能也有较大幅度的提高。3.4连梁配筋率通过对尺寸完全相同、仅连梁配筋率不同的三片短肢剪力墙的弹塑性进行分析，结果表明，当短肢剪力墙的尺寸及墙肢配筋率完全相同时，随着连梁配筋率的增加，短肢剪力墙的位移延性减小，破坏荷载圉加。对于木文所分析的短肢剪力墙，连梁的配筋率每增加0.

7、1%,剪力墙的破坏荷载约增加6.75%。同时，墙肢的开裂弯矩有所降低，但降幅不大，而墙肢的极限弯矩不变。其原因是，虽然连梁配筋率的增加对其开裂弯短的影响很小，但却使其极限弯矩增加较多，因而延迟了连梁的屈服。1.弹塑性性能影响因素在分析弹塑性过程的同时，我们发现弹塑性性能受承载力和变形力的影响很大。4.1承载力通过拟试验分析，得到轴压比、墙肢高厚比、连梁跨高比对T形短肢剪力墙开裂荷载、屈服荷载和极限荷载的影响曲线。分析表明，不同影响因素对试件承载能力影响程度存在一定的差异。由于混凝土的开裂荷载由混凝土的抗拉强度决定，所以同标号墙体的开裂荷载没有

8、因为暗柱而变化。混凝土等级对于短肢剪力墙的影响也很显著。通过提高混凝土的等级，混凝土的抗压及抗拉强度都有了相应的提高,从而墙体的开裂荷载，屈服荷载，及极限荷载都有了