受拉钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验与数值模拟研究

钢筋混凝土剪力墙因其高效的刚度和抗震性能,被广泛地应用于超高层建筑的竖向传力和抗侧体系中。对于超高层建筑结构,剪力墙在设防地震和罕遇地震作用下,易处于偏心受拉状态。目前,偏心受拉墙肢的抗震性能研究很少,为了保证偏拉墙肢抗震设计安全合理,对处于偏心受拉状态下的5片墙肢的抗侧性能进行试验研究,并采用LS-DYNA通用有限软件进行数值模拟对比分析。试验结果显示,轴拉力影响混凝土剪力墙抗侧破坏过程的裂缝分布和破坏形态,降低混凝土剪力墙的承载力、位移延性、侧向刚度和耗能能力;配置抗滑移钢筋能提高受拉混凝土剪力墙的承载力、位移延性和耗能能力。LS-DYNA的数值模拟研究表明,墙肢在拉弯剪的共同作用下,裂缝的开展形式及最后破坏情况可以通过高级的有限元分析技术进行模拟,从而确保结构设计的安全性。     

高层结构偏心受拉剪力墙的抗震分析与应用研究

剪力墙拉应力过大导致墙身抗剪承载力大幅下降而出现裂缝,抗侧刚度急剧退化形成脆性破坏,该问题在高层及超高层结构设计中应引起足够的重视。本文通过对剪力墙体系的简化力学模型分析,得到了影响结构底部是否受拉及拉力大小的因素,通过对典型高层结构若干剪力墙分析,得到了影响剪力墙构件拉应力大小的因素。采用有限元软件模拟受拉剪力墙构件在单调加载和滞回加载的受力过程可知,拉力将大幅减少普通剪力墙的抗剪承载力,设置型钢可大幅提高剪力墙的抗剪承载力,但当拉应力比过大时,增设型钢的效果也较有限;设置型钢可大大增加剪力墙的滞回耗能能力;增设型钢可使得剪力墙混凝土应变分布较为均匀连续,且有较好的受力形态。对设计规范中偏心受拉剪力墙的计算公式进行理论分析,并结合有限元模拟的结果得出受拉墙肢拉应力比的控制指标,给出了剪力墙受拉状态的调整方法及对受拉剪力墙增设型钢的量化建议,可供设计参考。     

框支短肢剪力墙结构转换梁受力性能研究

为研究转换梁截面轴力的分布规律以及影响其截面轴向力分布的因素,分别对框支单肢短剪力墙和框支双肢短剪力墙结构在竖向荷载作用下的受力性能进行分析,并考虑转换梁上不同的剪力墙墙肢截面高度和转换梁跨度的影响。计算分析结果表明,由于转换梁与上部剪力墙存在共同作用,导致转换梁部分梁段截面出现了轴向压力,这说明实际工程中对转换梁按偏心受拉构件进行截面设计并不能保证其安全,其配筋设计需深入研究。     

钢板组合剪力墙轴心受拉性能研究

当结构的高宽比较大时,在设防与罕遇地震作用下高烈度区的超高层结构的核心筒剪力墙可能承受倾覆力矩引起的巨大拉力,垂直于地震作用方向的核心筒翼墙受力状态接近于轴心受拉。由于混凝土抗拉强度较小,常采用钢板组合剪力墙来抵抗较大的墙肢拉力。采用非线性有限元法,对钢板组合剪力墙在轴心受拉作用下的开裂荷载、刚度变化、滞回性能与受拉承载力进行了较为全面的研究,表明混凝土对构件的轴拉承载力与刚度具有一定贡献。给出了钢板组合剪力墙在轴心受拉状态下最大裂缝宽度的计算方法,分析了墙体含钢率以及型钢、钢筋布置方式对裂缝宽度的影响。钢板组合剪力墙轴心受拉缩尺模型试验结果表明,有限元数值分析与模型试验吻合良好。在此基础上,提出了钢板组合剪力墙受拉状态下的设计建议。     

钢筋混凝土剪力墙拉剪受力性能试验

在设防或罕遇地震情况下,超高层建筑底部的混凝土剪力墙在地震作用下会出现偏心受拉的工况。通过对4片受拉混凝土剪力墙试件和1片配置抗滑移钢筋的受拉混凝土剪力墙试件进行拟静力试验,研究受拉混凝土剪力墙的破坏特征、滞回特性、承载力、刚度和耗能能力。研究表明:轴拉力影响混凝土剪力墙破坏过程的裂缝分布和破坏形态;轴拉力可显著降低混凝土剪力墙的承载力、侧向刚度和耗能能力;配置抗滑移钢筋能提高受拉混凝土剪力墙的承载力和耗能能力;《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中受拉剪力墙受剪承载力计算公式满足设计的安全要求。     

针对超限高层剪力墙中震拉应力问题的工程实践

水平地震作用会对高层结构的底部竖向构件产生轴向拉压作用。在高烈度地区,对超限高层建筑进行中震不屈服计算时,这种作用可引起结构底部某些剪力墙墙肢的拉应力,该拉应力可能大于混凝土抗拉强度标准值。在进行超限高层抗震专项审查时,按照《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的要求,剪力墙构件需满足中震不屈服墙肢平均拉应力不超过2倍混凝土抗拉强度标准值的要求。基于高烈度地区的超限高层设计实践,讨论了中震计算方法;论述了剪力墙拉应力与受剪承载力的关系;阐述了墙体中震拉应力的工程计算方法;最后,给出了中震拉应力不满足要求时的一种工程处理方法。     

地震作用下短肢剪力墙结构的协同工作分析

通过对短肢剪力墙结构在地震作用下的协同工作分析,建立了楼层单元力学模型,并在假设连梁两端为铰支的条件下得到了短肢剪力墙内力和位移的计算公式。算例分析表明,即使在各墙肢等效抗弯刚度相等时,外侧墙肢所承担的地震作用剪力较大,但各短肢剪力墙墙肢所承担的地震作用剪力可近似地按抗弯刚度分配。短肢剪力墙结构的变形曲线为弯曲型,仅与总的等效抗弯刚度有关,而与各墙肢等效抗弯刚度的分配无关。     

工字钢在某超高层剪力墙结构中的应用

重庆某超高层剪力墙结构,底部大范围两层通高,且底部两侧墙肢受拉。设计时在穿层墙和受拉剪力墙中增设了工字钢。就工字钢对剪力墙的弹塑性性能的改善进行了分析,对型钢的选型和在边缘构件及墙身中的布置进行了描述,对型钢外侧箍筋的施工、型钢的拼接、型钢剪力墙基础的设计进行了阐述,对梁纵筋在型钢剪力墙中的锚固连接做法进行了深化设计。验证了型钢设置的有效性和可行性。     

装配式开洞钢管混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究洞口偏置装配式钢管混凝土组合剪力墙结构的抗震性能,对3片两层单跨缩尺比为1∶3的开洞剪力墙进行了拟静力试验。剪力墙的主要变化参数为洞口位置,洞口偏心率分别为0、30%、60%,对比分析了剪力墙的承载能力、滞回性能、耗能性能及刚度退化等。研究结果表明:洞口偏置导致正负向加载时剪力墙的承载力、刚度、延性以及连梁受力不同;洞口偏心率为0和30%的剪力墙,表现出较好的抗震性能,随着偏心率的增大,剪力墙的承载力、延性及耗能能力均显著降低,刚度退化快;当2个墙肢截面高度相差3倍以上时,含钢管混凝土暗柱的小墙肢会过早出现受拉破坏,为此应避免开边洞情况。     

高层剪力墙中连梁设计建议和配筋计算

在剪力墙结构和框架一剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢，墙肢与框架柱的梁称为连粱。连梁一般具有跨度小、截面大，与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。一般在风荷载和地震荷载的作用下，连梁的内力往往很大。此外，高层建筑中，由于连梁两端墙肢的不均匀压缩，会引起连梁两端的竖向位移差，这也将在连梁内产生内力。在设计时，即使采取降低连梁内力的各种措施，如：增大剪力墙的洞口宽度，在连梁中部开水平缝，在计算内力和位移时对连梁刚度进行折减，对局部内力过大层的连梁进行调整等，仍难使连梁的设计符合要求。基于这种情况，本人结合工作中的经验提出连梁设计的几个建议，并且讨论连梁设计时的配筋计算。     

高层剪力墙结构小墙肢的抗震设计探究

高层剪力墙结构抗震设计中,小墙肢常出现受剪截面超限或截面配筋过大的情况。从小墙肢截面计算高度取值、有效计算高度取值、墙肢受力状态、竖向分布筋配筋率和受拉分布筋屈服区长度等几个方面进行分析与讨论,并给出设计建议。     

超高层盒式筒中筒内筒剪力墙损伤分析

为探析盒式筒中筒结构内筒剪力墙在罕遇地震下的塑性损伤情况,采用ABAQUS软件对某盒式筒中筒结构进行了弹塑性时程分析,从内筒剪力墙受拉损伤、受压损伤的角度,探究该体系的抗震性能。研究表明:剪力墙连梁增强了结构耗能能力,起到了抗震设防第一防线的作用;设计时应注意剪力墙刚度与连梁刚度的相对大小,避免连梁刚度太大引起的区段墙体地震力集中;结构底部剪力墙塑性损伤最为严重,设计时应适当提高此区段墙厚和配筋。     

高层建筑构造混凝土外墙解析

为降低现浇混凝土围护墙对主体结构刚度的影响,许多项目采用了拉缝处理变成所谓的"构造墙"。通过计算分析发现,设置构造墙后,相应梁的刚度增加较多,部分剪力墙和梁设计偏于不安全。如设计按拉缝而现场不实施,相应的墙肢及连梁内力增加非常显著,严重影响结构安全。拉缝板在水平力标准值作用下会普遍损坏,降低外墙防水性能。建议设计时采用全剪力墙外墙,即可保证结构安全,也可满足建筑防水需求。     

设防地震作用下受拉剪力墙设计方法

针对设防地震作用下受拉剪力墙的设计方法，结合JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》指出了我国目前广泛采用等效弹性方法设计存在的问题，介绍了弹塑性时程分析法的设计流程、设计软件和地震波选取以及墙铰模型的开裂后刚度取值。对于设防地震下弹塑性时程分析法，弹塑性模型的初始配筋采用多遇地震作用下的配筋结果，剪力墙单元可以采用墙铰单元、纤维截面壳单元、S4R壳单元等模拟，设计地震动可采用拟合设计反应谱的人工波，并控制设防地震作用下剪力墙受拉不屈服来调整受拉配筋设计。此外，设防地震作用下受拉剪力墙是否设置型钢应根据其所受剪力大小确定，还应复核罕遇地震作用下受弯屈服剪力墙的边缘拉应变。采用工程实例验证了上述方法的可行性，且偏于安全考虑，建议采用考虑开裂后抗拉刚度退化至15%初始抗拉刚度的墙铰模型进行受拉剪力墙的抗震设计。     

7度区超限高层框筒结构受拉墙体抗震性能分析

对7度区12栋超限高层框筒结构中震下主要墙肢拉应力比进行统计,名义最大拉应力比在1.0~2.5之间,在结构设计可控范围内。在高层结构中震计算中应采用未经放大的楼层地震标准组合内力判断剪力墙的受拉程度。对核心筒偏置的超限结构进行抗震性能分析,发现拉应力较大的墙肢在大震作用下出现拉剪或拉弯破坏;根据墙肢拉力配置型钢后,改善了结构底部剪力墙的抗震性能,墙肢未出现剪切破坏和拉弯破坏。进一步的精细有限元分析表明,加型钢后受拉墙肢的抗拉和抗剪能力明显提高。当中震作用下超高层结构的底部墙肢名义拉应力比超过2.0时,可通过加型钢或钢板来满足抗震性能要求,而且型钢或钢板截面面积应适当增大。     

剪力墙结构高层住宅中电梯间偏置布置的探讨

结合实例分析,探讨了高层住宅的楼梯间、电梯间突出于主体结构平面外情况下,结构专业应重点注意及研究的事项.为满足规范对于结构侧向刚度的要求,设计时不应考虑楼电梯间最外侧突出部分剪力墙的刚度,通过计算对比找出同一平面其余墙肢需要相应加强的合理位置,电梯间的最外侧剪力墙纵向钢筋通常需要根据计算放大以满足该位置墙肢的拉应力的要求.总结的经验可为其他相似高层住宅项目的计算分析和设计提供参考.     

网格剪力墙结构分析与应用研究

介绍了8个剪跨比不大于1．0和8个剪跨比为1．96-5．06的现浇钢筋混凝土网格剪力墙试件的拟静力试验,结果表明,网格墙最终为横肢剪切破坏和墙端竖肢混凝土压碎破坏,耗能构件多且分散,塑性变形能力大。有限元分析和／或试验结果表明,可以将网格墙等效为普通钢筋混凝土剪力墙,计算其抗侧刚度,按现行规范计算其受剪承载力和偏心受压承载力。介绍了保温砌模现浇网格墙建筑结构的设计方法。     

高规中剪力墙正截面偏心受拉承载力设计公式的合理性分析

首先指出了《高层建筑混凝土结构技术规范》在进行墙肢正截面偏心爱拉承载力设计时的公式错误，并提出了公式的正确表达式。然后对公式的正确表达式进行了合理性分析，最后对规程中墙肢在某一配筋及截面情况下只受弯矩作用时的极限抗弯承载力公式进行了夸理性分析。     

局部填充构造对新型装配整体式混凝土剪力墙结构整体性能影响分析

系统计算分析了新型高层装配整体式混凝土剪力墙结构局部填充轻质材料的常用构造做法对结构整体性能的影响。从单片墙到联肢墙,再到具体工程实例,对比分析了不同填充构造、不同计算模型、不同高宽比的剪力墙结构在地震作用下的刚度、层间位移角、层剪力和墙肢内力的差异。分析结果表明,地震作用下目前常用的预制结构填充构造对整体结构刚度和墙肢内力影响较大,在设计中不应简单忽略,并对改进方法提出了建议。     

剪力墙结构设计探析

在剪力墙结构设计中，怎样既能让这种体系刚度大、外观简洁等优点发挥出来，又能克服其结构本身存在的缺点，其关键全在于设计。本文对剪力墙结构的平面布置、墙肢截面厚度、剪力墙约束边缘构件和连梁的设计等方面进行了探讨。