司林军,李国强,2,孙飞飞,2

(1.同济大学建筑工程系,上海200092;2.土木工程防灾国家重点实验室,上海200092)

1 RC剪力墙试验数据

本文共收集国内外39个RC悬臂剪力墙试件在往复水平力作用下的试验数据,所有试件的剪跨比均大于等于1。表1给出了剪力墙试件的主要参数。

表1 剪力墙试件主要数据Tab.1 Database of RC shear walls

2 位移延性计算方法

试验研究表明,按承载力设计并不能保证剪力墙具有良好的延性。为此,有必要建立剪力墙的延性计算方法,研究剪力墙的延性与诸因素的关系。

2.1 截面曲率延性比的计算[2]

实墙截面曲率延性比由下式计算

式中 φy、φu—截面屈服曲率和极限曲率。

下文采用平截面假定建立 φy、φu的计算式。

定义截面最外侧受拉钢筋屈服时截面曲率为屈服曲率φy(mm-1),剪力墙的屈服曲率可以表示为

式中 εy—最外侧受拉钢筋的屈服应变;εcy—最外侧受拉钢筋的屈服时受压区混凝土外纤维压应变,εcy采用文献[2] 的计算公式。

Spatial pattern of environmental efficiency and its influencing factors

定义截面受压区混凝土纤维达到极限应变εcm时截面的曲率为极限曲率φu(mm-1)(见图1)。采用平截面假定及截面中和轴处应变为0,φu可由下式计算

式中εcm—截面受压区混凝土的极限压应变,xn—截面中和轴高度(xn=1.25;εcm与剪力墙端部混凝土的约束程度有关,无箍筋约束作用时,取εcm=0.003 3。

有箍筋约束作用时,依据文献[2] 的研究结果,含箍特征值 λk与约束混凝土的极限压应变εcm存在如下关系(见表2)。

由力平衡关系并应用《高层建筑混凝土结构技术规程》[12](JGJ 3-2002)第7.2.8条可得到截面相对受压区高度 ζ的计算公式。

1)受压区位于受压翼缘内即x＜h′f

式中具体参数含义参见《高层建筑混凝土结构技术规程》7.2.8条[12]。

表2 与配箍特征值(λk)对应的极限压应变(εcm)Tab.2 The relationship between λkand εcm

2.2 位移延性比与曲率延性比的关系

采用Paulay T.[13]提出的公式计算剪力墙的位移延性比,即

3 计算方法的试验验证

用上述方法计算表1剪力墙试件的位移延性比,结果列于表3,位移延性比的实测值也列于表3。位移延性比实测值取 μ△=△u/△y,△y为试件屈服位移,即外侧受拉钢筋屈服时的位移,△u为试件极限位移,取承载力开始急剧下降或下降10%时的位移,表中 μ△取两个加载方向的平均值。

显然,除个别试件外,剪力墙位移延性比计算结果与实验结果吻合较好,说明本文计算方法基本合理。

4 参数分析

由上面的分析可知,μ△与 λk、λ、n有关。为了定量的了解 μ△与这些因素的关系,本文对文献[4] 中的墙 WSH3、WSH4、WSH6作参数计算 ,可得到以下μ△-λu-λ-n的关系(见图2)。由图2可得到以下看法:

2)含箍特征值 λk、剪跨比 λ(H/hw)固定,位移延性比随着轴压比 n的增大而降低。当 λk=0.144,λ=H/hw=2.5时,若 n从 0.06增加到0.18,则 μ△从5.31减小到2.45。

3)剪跨比 λ(H/hw)、轴压比 n相同,位移延性比随着含箍特征值 λk增加而增加。当 λ=H/hw=1.5,n=0.06时,若 n从0.144增加到0.185,则μ△从6.9增加到7.34。

4)轴压比对剪力墙的位移延性比有比较明显的影响。这是由于轴压比的增大,增大了剪力墙的屈服曲率,同时减小了剪力墙的极限曲率。

表3 位移延性比计算值与实测值对比Tab.3 Ductility comparison between calculated values and test results

5 结论

1)文中位移延性比的计算方法适用于剪跨比大于2的中、高剪力墙,一般不适用于低矮剪力墙;轴压比、约束箍筋的范围和剪跨比对剪力墙的破坏形态有较大影响。轴压比增大时,增加剪力墙边缘约束箍筋的数量和范围能使其具有良好的延性。试验证实轴压比和边缘构件约束程度是影响剪跨比大于2的剪力墙(破坏形式为弯曲破坏或弯剪破坏)的重要因素;

2)通过 μ△-λk-λ-n的相互关系可以看出,为保证剪力墙具有良好的延性,应限制剪力墙的轴压比和设置边缘端部约束边缘构件。

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