李志鹏，郭 棣，吴耀鹏

（西安建筑科技大学，陕西 西安 710055）

短肢剪力墙结构具有建筑布置灵活、结构自重较轻等优点，在小高层及高层住宅中得到了广泛应用．《高层建筑混凝土结构技术规程》在一般规定中列出了关于短肢剪力墙设计的条文［1］．

关于T形截面短肢剪力墙的低周反复荷载试验研究证明，在翼缘受压、受拉两个方向上，构件的延性差异很大，翼缘受压侧延性很差，限制了其工程应用［2］．笔者在已有研究的基础上编写了考虑纵筋粘结滑移的T形短肢剪力墙的弯矩－曲率关系分析计算程序，通过理论计算对其延性性能进行分析，探讨改善其延性性能的方法．

1 非线性分析原理

1．1 基本假定

计算采用的基本假定有：变形过程中短肢剪力墙截面应变符合平截面假定;不考虑混凝土抗拉强度;构件不受剪切变形影响;根据文献［3］，考虑由于纵筋粘结滑移引起的附加曲率．

1．2 材料的本构关系

混凝土采用肯特（Kent）和帕克（Park）建议的本构模型，其应力－应变关系为式中：σc为混凝土的应力，MPa;k为约束箍筋对混凝土强度的增大系数;f'c为混凝土圆柱体抗压强度，MPa;εc为混凝土的应变;ε20c为应力下降到20%时的应变值;参数Z规定了直线下降段的坡度，

式中：ρs为体积配箍率，%;b″为混凝土受约束核心宽度，mm;sh为箍筋间距，mm．

假定钢筋为理想弹塑性材料，其应力－应变关系为

式中：σs为钢筋的应力，MPa;Es为钢筋的弹性模量，N/mm2;fy为钢筋的屈服强度，MPa;εs为钢筋的应变;εy为钢筋的屈服应变．

1．3 非线性分析方法

为了分析在任一截面形状和荷载角下的弯矩－曲率关系，采用文献［4］中提供的方法，将截面沿x和y向划分条带形成网格，如图1所示．假定任一网格（面积为ΔA）上混凝土应力σc，i均匀分布．根据截面中纵筋的实际配置，在程序参数输入文件中输入各钢筋单元的位置坐标和面积，即可求出截面任一点的应变、应力，进而可得到截面的内力、弯矩（M）和对应的曲率（φ）．

图1 计算模型

程序计算流程如图2所示．

图2 程序计算流程

2 配筋调整与分析

选择文献［2］中肢宽比为5的试件ZT5－5，针对翼缘受压、受拉时的受力情况进行对比分析，有关参数及配筋详见文献［2］．

计算得到两根试件的弯矩－曲率关系曲线如图3中实线所示．根据图3可以看出，同一构件在翼缘受压、受拉两种不同的水平力作用下，截面曲率和延性呈现明显差异．T形截面短肢剪力墙在翼缘受拉、腹板受压时构件的曲率达到峰值后急剧下降，表现出明显的“脆性”性质，延性性能很不理想;在翼缘受压、腹板受拉时，构件承载力达到峰值后，对应的峰值曲率增加，之后承载力缓慢下降，出现一较长的屈服平台，破坏过程缓慢，延性很好．

图3 调整前后构件的弯矩－曲率关系曲线

理论分析表明，这一差异的存在是由T形短肢剪力墙截面翼缘及腹板的严重不对称造成截面配筋的不对称引起的．

保持总配筋量相当，调整其截面的配筋形式，如在腹板处配置较多钢筋，减小翼缘配筋，同时提高配箍率与纵筋形成约束骨架，可提高混凝土的变形能力，改善其延性性能．调整前翼缘配筋率1．43%，腹板配筋率0．82%;调整后翼缘配筋1．14%，腹板配筋1．15%，配筋（TT5－5）如图4所示．

图4 调整后构件的配筋（单位：mm）

计算得到调整配筋后的弯矩－曲率关系曲线如图3中虚线所示．根据图3可以看出，调整配筋后，构件的承载力稍有提高，同时峰值荷载对应的位移增大，构件的延性性能有所改善．

3 箍筋的影响

试验证明，箍筋会约束混凝土的横向变形．箍筋越多、越强，对核芯混凝土的约束应力越大，受约束混凝土的抗压强度和峰值应变都随之加快增长．将试件 ZT5－5的配箍率 λ分别提高至0．4%和0．5%，其弯矩－曲率关系曲线如图5所示．

图5 不同配箍率时构件的弯矩－曲率关系曲线

由图可5知，随着配箍率的提高，构件的承载力基本保持不变，在达到最大承载力后下降段逐渐趋于平缓，极限位移有较大增加，构件的延性性能有明显提高．

4 结语

考虑纵筋的粘结滑移影响，对T形短肢剪力墙的延性进行了分析．提出通过调整截面配筋方式来改善构件性能的方法，并对构件延性受配箍率的影响进行了分析．得到如下结论．

1）短肢剪力墙在翼缘受压和翼缘受拉情况下，构件的受力和变形性能有很大差异;翼缘受拉时构件的延性较大，抗震性能不理想．

2）使用文中提出的方法调整纵向钢筋在墙肢截面的布置，在端部设置较多的钢筋，可以提高构件的受弯承载力，改善构件的延性性能．

3）随着配箍率的提高，构件的变形能力明显增加．调整截面的配筋形式，并增加箍筋的配置是改善T形短肢剪力墙翼缘受拉方向延性性能的有效措施．

［1］中国建筑科学研究院．JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程［S］．北京：中国建筑工业出版社，2010．

［2］郭棣．宽肢异形柱的试验研究［D］．西安：西安建筑科技大学，2001．

［3］张卫辉．考虑粘结滑移的钢筋混凝土异形柱非线性分析［D］．长沙：湖南大学，2006．

［4］朱伯龙，董振祥．钢筋混凝土非线性分析［M］．上海：同济大学出版社，1984．

［5］郭棣，吴敏哲，谢异同．宽肢T形柱的滞回特性及耗能分析［J］．世界地震工程，2002，18（2）：146 －149．

［6］郭棣，吴敏哲，田炜．T形截面钢筋混凝土柱偏心受压分析［J］．西安建筑科技大学学报，2001，33（2）：138－143．

［7］张杜，叶献国．钢筋混凝土异形柱非线性分析［J］．合肥工业大学学报：自然科学版，2003，26（4）：18－25．