钢筋混凝土带翼缘剪力墙抗震性能与变形能力计算方法研究

摘要

高层建筑结构设计中，为了减少墙体对平面布置的影响，矩形墙肢通常被组合成了 T形、L形、工字形等带翼缘剪力墙形式。然而这种墙肢组合会导致墙体各部分（翼缘与腹板）之间复杂的相互作用，各方向墙肢独立承担该方向荷载的假设将不再合理，其整体受力性能也将显著区别于普通矩形墙。但国内外对于带翼缘剪力墙特别是非对称截面的T形和L形墙的研究仍滞后于工程实际。因此，本文采用试验研究、数值模拟与理论分析相结合的方法，研究了钢筋混凝土（RC）带翼缘剪力墙在单轴和双轴往复荷载作用下的抗震性能，分析了带翼缘剪力墙在不同受力方向下的截面曲率和变形特性，并在此基础上建立了带翼缘剪力墙荷载-变形分析模型，提出了极限位移的简化计算方法，具体内容如下： 通过5个RC带翼缘剪力墙的拟静力试验，采用推拉方向不等幅加载模式研究了RC带翼缘剪力墙在单轴及双轴荷载作用下的破坏形态，分析了带翼缘剪力墙在不同受力方向(翼缘受拉和翼缘受压)下的抗震性能。结果表明：带翼缘剪力墙的破坏主要集中在腹板自由端边缘约束区内，翼缘基本保持完好，建议在腹板与翼缘交界处可不设置边缘构件；翼缘受拉方向的承载力更高，刚度更大，而翼缘受压方向的延性更好，刚度退化较慢，耗能能力更强；双轴加载对剪力墙腹板方向的承载力和变形能力影响不大；增强腹板自由端边缘约束可有效改善剪力墙的抗震性能。 采用OpenSees中基于刚度法的纤维梁柱单元模拟了RC带翼缘剪力墙的滞回行为，在验证模型有效性的基础上，研究了轴压比、剪跨比、翼缘宽度与腹板高度比、混凝土强度、纵筋配筋率、腹板自由端约束区内箍筋配箍率以及竖向分布钢筋配筋率等参数对RC带翼缘剪力墙承载力、延性和耗能能力的影响，较为系统地得出了RC带翼缘剪力墙抗震性能随各影响因素的变化规律。 通过对非对称截面 RC带翼缘剪力墙的弯矩-曲率分析，分别计算了翼缘受拉和翼缘受压方向不同参数影响下的截面屈服曲率和极限曲率，并结合受压区高度的变化详细阐述了截面曲率随各影响因素的变化规律。依据数值分析结果拟合出了屈服曲率和极限曲率的经验计算式，进而得到了截面曲率延性的计算表达式，并根据曲率延性与位移延性间的关系建立了位移延性的计算方法，通过与试验数据的比对验证了计算方法的合理性。 首次将粒子图像测速(PIV)技术应用到剪力墙构件的试验测试中，并对 RC带翼缘剪力墙塑性铰区内的变形进行了全过程测量，并据此推算出了剪力墙顶点弯曲位移、剪切位移以及墙体与基础间的滑移位移，分析了各变形分量所占比重及其在加载过程中的变化规律。结果表明：对弯曲破坏为主的带翼缘剪力墙，剪切位移与总位移的比值在整个塑性阶段基本保持一定值，该比值可达到15%左右，而滑移位移基本控制在总位移的3%以内，因此在变形能力计算时应计入剪切位移而忽略滑移位移的贡献。 根据 RC带翼缘剪力墙的变形分析结果，以截面弯矩-曲率分析为基础分别建立了RC带翼缘剪力墙墙肢弯曲变形、纵筋滑移引起的墙肢刚体转动变形的计算方法，并根据剪应变与曲率间的线性关系建立了剪切变形计算方法。据此提出了一种全新的考虑弯曲、剪切和纵筋滑移贡献的RC带翼缘剪力墙荷载-变形分析模型，得到了该类构件的荷载-位移曲线，并在此基础上进一步提出了 RC带翼缘剪力墙极限位移的简化计算方法。计算结果与试验吻合良好，可为基于位移的变形能力设计提供参考。

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