許 林

(東莞市盛和房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 廣東 東莞 523960)

淺析剪力墻最小配筋率對(duì)結(jié)構(gòu)安全性的影響

許 林

(東莞市盛和房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 廣東 東莞 523960)

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷進(jìn)行，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。本文通過對(duì)相關(guān)參考文獻(xiàn)的總結(jié)，結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)對(duì)配筋率對(duì)混凝土剪力墻彎矩和曲率以及試樣耗能的影響，進(jìn)行了我國(guó)關(guān)于混凝土剪力墻設(shè)計(jì)中關(guān)于最小配筋率的規(guī)定和研究現(xiàn)狀，給出了在剪力墻的設(shè)計(jì)中使用最小配筋率作為混凝土壓彎構(gòu)件配筋率的限制的建議。

最小配筋率；彎剪變形；剪力墻

1 引言

隨著我國(guó)改革開放不斷深入，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)不斷迅猛發(fā)展，人口城市化進(jìn)程速度迅速加快，高層建筑越來越多的出現(xiàn)在各大、中型城市。對(duì)常見的在規(guī)范適用范圍內(nèi)的建筑，根據(jù)我國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，對(duì)滿足規(guī)范適用條件的建筑結(jié)構(gòu)采用“三水準(zhǔn)，兩階段”的抗震設(shè)計(jì)方法，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)；第一階段為多遇地震下的承載力驗(yàn)算和彈性變形驗(yàn)算，第二階段為通過罕遇地震下結(jié)構(gòu)薄弱層彈塑性變形驗(yàn)算及構(gòu)造措施以滿足“大震不倒”的兩階段設(shè)計(jì)。

在我國(guó)2010年頒布的《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》中，明確規(guī)定了受到彎矩和扭矩的最小配筋率的大小，在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)工程中，鋼筋受到單純扭矩的作用是不常見的，大多數(shù)服役環(huán)境下都會(huì)伴隨著剪切應(yīng)力的作用，所以可以適當(dāng)?shù)慕档弯摻畹淖钚∨浣盥?。目前?guó)內(nèi)外關(guān)于鋼筋最小配筋率對(duì)建筑剪力墻的抗震性能的影響的研究還不多見。

華東理工大學(xué)張耀揚(yáng)等人指出高強(qiáng)剪力墻的變形能力與鋼筋的軸壓比呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的關(guān)系，所以增加水平方向上鋼筋的數(shù)量并能提高剪力墻的承載效果，但是可以提高其抗形變的能力。常見能夠改善剪力墻抗震性能的主要措施包含了在剪力墻的混凝土內(nèi)部架構(gòu)中加入鋼筋結(jié)構(gòu)；采用鋼管混凝土的約束構(gòu)件用來支撐剪力墻，從而提高剪力墻的抗震性能。本文從配筋率的角度來約束和改善剪力墻的抗震穩(wěn)定性能，提高剪力墻的支撐柱的縱向配筋率一般保持在5%-8%之間。通過使用比較密集的縱向鋼筋和箍筋實(shí)現(xiàn)了對(duì)混凝土內(nèi)部抗力的增強(qiáng)，提高了其形變的極限抗力。

2 配筋率對(duì)彎剪變形的影響

由于剪力墻中的混凝土在出現(xiàn)裂紋以后還要繼續(xù)進(jìn)行服役，使得在核心混凝土內(nèi)部同時(shí)出現(xiàn)了受拉和受壓的區(qū)域，在這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)都表現(xiàn)出了彈塑性變形的特征。剪力墻的配筋率主要有三個(gè)特征值，分別為最小配筋率、最大臨界配筋率以及最大彈性配筋率；本文所探討的剪力墻的最小配筋率的定義為當(dāng)剪力墻的混凝土已經(jīng)發(fā)生屈服，而且在受拉和受壓的區(qū)域的混凝土材料同時(shí)達(dá)到極限應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的配筋率稱為最小配筋率。

2.1 對(duì)彎矩和曲率的影響

本文中剪切強(qiáng)混凝土的在拉伸試驗(yàn)的過程中涉及的到參數(shù)有起裂抗拉強(qiáng)度、起裂拉應(yīng)變、極限抗拉強(qiáng)度以及極限拉應(yīng)變，相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)值為8.0MPa、0.034%、18MPa以及5.3%。

圖1 配筋率對(duì)剪力墻混凝土承載力與延展性的影響； 配筋率對(duì)剪力墻混凝土彎曲率的影響

圖1左圖顯示了九種配筋率對(duì)應(yīng)的混凝土剪力墻的承載力與延展性數(shù)值，從左圖中可以看出隨著混凝土配筋率的逐漸升高，剪力墻的彎矩承載能力也在逐漸的增強(qiáng)，延展性卻呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。配筋率的增阿基，混凝土剪力墻的彎矩首先呈現(xiàn)出線性增加的模式，但是當(dāng)配筋率超過最佳配筋率時(shí)，將會(huì)使得剪力墻所承受彎矩增加的趨勢(shì)開始變的緩慢，這與東南大學(xué)王成立教授的研究結(jié)是相符合。

從圖 1右圖可以看出，隨著配筋率的上升，混凝土剪力墻截面的受壓區(qū)屈服率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，極限曲率不斷增大。當(dāng)配筋率達(dá)到最大極限配筋率時(shí)，屈服強(qiáng)度的曲率與極限強(qiáng)度的曲率將會(huì)重合。由圖中顯示了剪力墻混凝土的承載力隨著配筋率的變化曲線與延展性的變化曲線相交在一點(diǎn)，改點(diǎn)可以看作是剪力墻抗彎性能的最佳點(diǎn)，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的混凝土配筋率稱為最優(yōu)配筋率。

2.2 對(duì)混凝土耗能的影響

混凝土剪力墻試樣在加載的過程中所消耗能量的大小可以通過滯回曲線所包圍的面積來衡量在加載拉伸過程中所消耗能量的大小。在具體的拉伸試驗(yàn)中，由于每個(gè)試樣的加載速率以及最大載荷都是不相同的，也就是其加載的具體歷程也是不同的，試驗(yàn)中所測(cè)得的各個(gè)試件能耗的大小如表1所示。

表1 各個(gè)混凝土剪力墻試樣的耗能測(cè)試

從表1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以明顯的看出，隨著混凝土剪力墻的配筋率的逐漸增加，在加載拉伸的過程中，能耗在呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)，其中3號(hào)與4號(hào)試樣的總耗能比2號(hào)試樣提高了92.18%和126.3%，5號(hào)試樣比3號(hào)試樣的總能耗提高了37%以上。有的研究表明在混凝土剪力墻的縱向方向上布置一定數(shù)量的鋼筋并配有一定數(shù)量的箍筋形成混凝土受壓區(qū)域的定向約束力，從而不至于發(fā)生低應(yīng)力脆斷的突然斷裂，使得剪力墻的斷裂能夠表現(xiàn)出一定的預(yù)知性。主要原因就是在混凝土受到較大載荷的過程中如果要發(fā)生斷裂的話，所首先應(yīng)該斷裂受到壓潰的就是鋼筋結(jié)構(gòu)，混凝土最后才會(huì)斷裂。

通常在偏心距比較大的受壓剪力墻中設(shè)置一定的縱向拉筋的主要目的是為兩個(gè)方面的因素：

1）在混凝土剪力墻的手拉部分開裂以后，混凝土內(nèi)部的鋼筋就會(huì)迅速的進(jìn)入彈塑性變形區(qū)域，進(jìn)一步吸收較大的沖擊能量，緩解外界載荷帶來的沖擊；

2）如果混凝土受拉區(qū)域的鋼筋數(shù)量足夠多，一旦混凝土剪力墻受拉開始出現(xiàn)裂紋，不會(huì)因?yàn)殇摻畹臄?shù)量過少而導(dǎo)致剪力墻的強(qiáng)度下降。

3.結(jié)論

隨著我國(guó)城市高層建筑的不斷興建，混凝土剪力墻由于具有著較好的抗震性能以及較高的剛度。研究了配筋率對(duì)混凝土剪力墻試樣的彎矩和曲率以及混凝土剪力墻試樣耗能的影響，結(jié)果表明：隨著配筋率的不斷增加，剪力墻的彎矩承載能力也在逐漸的增強(qiáng)，延展性卻呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，對(duì)于墻體耗能而言，也會(huì)在一定呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)。

[1]孔慧.配筋率對(duì)混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)性能影響的試驗(yàn)研究[D].中國(guó)建筑科學(xué)研究院,2010.

[2]董立坤. 2010版規(guī)范修訂對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)配筋影響研究[D].中國(guó)建筑科學(xué)研究院,2012.

[3]蔡道安.框支短肢剪力墻斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)配筋研究[D].重慶大學(xué),2015.

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