高 骕， 徐自國(guó)， 萬怡秀， 劉洪治

(北京富力通達(dá)房地產(chǎn)開發(fā)有限公司， 北京 100022)

0 引言

近年來，高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻在強(qiáng)烈地震作用下的受拉問題越來越受到關(guān)注。相關(guān)的試驗(yàn)現(xiàn)象和震害資料表明，當(dāng)?shù)撞考袅κ芾瓡r(shí)會(huì)引起結(jié)構(gòu)的整體傾覆破壞。徐培福等[1]在結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)底部剪力墻在大震作用下受拉開裂，垂直于地震作用方向的受拉剪力墻被完全拉起，結(jié)構(gòu)最終因受拉側(cè)的框架柱型鋼被拉斷而發(fā)生了整體傾覆破壞。剪力墻受拉破壞以及引起的結(jié)構(gòu)倒塌現(xiàn)象在2010年2月27日的智利8.8級(jí)地震受災(zāi)實(shí)例中也得到印證：一棟15層的鋼筋混凝土住宅底部剪力墻發(fā)生受拉破壞進(jìn)而整體傾覆破壞，震后分析表明底層剪力墻產(chǎn)生了很大拉應(yīng)力，結(jié)構(gòu)抗震性能較差；首層受拉側(cè)墻肢屈服時(shí)，受壓側(cè)破壞嚴(yán)重[2]。針對(duì)此問題，肖從真、紀(jì)曉東等[3-4]均對(duì)鋼筋混凝土剪力墻拉剪性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了軸拉力導(dǎo)致墻體抗剪承載力顯著降低。剪力墻受拉破壞一方面由于混凝土抗拉強(qiáng)度低、極易開裂，剪力墻內(nèi)鋼筋會(huì)因混凝土受拉開裂后應(yīng)力急劇增大并在往復(fù)荷載作用下壓曲而造成承載力特別是面內(nèi)抗剪承載力的喪失；另一方面，整體結(jié)構(gòu)受拉側(cè)混凝土剪力墻受拉開裂后還將造成受壓側(cè)墻體壓應(yīng)力的顯著增大，甚至?xí)^混凝土的抗壓強(qiáng)度，直接危害剪力墻及整體結(jié)構(gòu)的抗震延性。

鑒于鋼筋混凝土剪力墻的拉剪破壞具有顯著的低延性與脆性特征，我國(guó)在《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》(建質(zhì)〔2015〕67號(hào))[5](簡(jiǎn)稱審查要點(diǎn))中提出應(yīng)驗(yàn)算并控制中震時(shí)雙向水平地震下墻肢全截面由軸向力產(chǎn)生的平均名義拉應(yīng)力，同時(shí)建議：“中震時(shí)雙向水平地震下墻肢全截面由軸向力產(chǎn)生的平均名義拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)宜設(shè)置型鋼承擔(dān)拉力，且平均名義拉應(yīng)力不宜超過兩倍混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(可按彈性模量換算考慮型鋼和鋼板的作用)，全截面型鋼和鋼板的含鋼率超過2.5%時(shí)可按比例適當(dāng)放松?！?/p>

本文結(jié)合西安某超高層住宅項(xiàng)目結(jié)構(gòu)在中震作用下墻肢截面平均拉應(yīng)力水平較高的問題，提出對(duì)中震作用下受拉剪力墻施加緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的解決方案。相比傳統(tǒng)設(shè)置型鋼抵抗墻中拉力的方法，此方案不僅可有效提高墻體在強(qiáng)烈地震作用下的受拉性能與抗震性能，還能顯著減小施工難度和降低工程造價(jià)。

目前我國(guó)預(yù)應(yīng)力技術(shù)多用于梁板構(gòu)件，少量工程用于框架柱構(gòu)件，而對(duì)鋼筋混凝土剪力墻施加預(yù)應(yīng)力技術(shù)尚無工程案例。本工程預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)已通過超限審查，給出了對(duì)受拉剪力墻的解決方案。

1 工程概況及方案思路

西安某超高層住宅地上49層，總建筑面積約4萬m2，標(biāo)準(zhǔn)層層高2.95m，平面縱向長(zhǎng)度約56m，橫向長(zhǎng)度長(zhǎng)約21m，結(jié)構(gòu)總高度148.8m，結(jié)構(gòu)高寬比約7.1，建筑效果及標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖1。本工程結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組屬第二組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，特征周期為0.40s。本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)高度超過了現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)(2016年版)[6]及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2010)[7](簡(jiǎn)稱高規(guī))中關(guān)于8度抗震設(shè)防地區(qū)、丙類剪力墻結(jié)構(gòu)的適用高度，屬超B級(jí)高度的超限高層建筑結(jié)構(gòu)。

圖1 建筑效果圖及標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖

計(jì)算分析表明，結(jié)構(gòu)在中震(雙向地震)作用下按彈性換算的墻肢截面平均拉應(yīng)力水平較高，其中首層墻肢最大拉應(yīng)力達(dá)到7.70MPa(約為2.7ftk)。拉力較大的墻肢在中震作用下的截面名義拉應(yīng)力分布具有如下特征：5層以下約2.0ftk～2.7ftk、5～10層約為1.5ftk～2.0ftk、11層及以上均小于1.6ftk。

以上受拉墻肢的軸壓比均在0.3左右，距離規(guī)范規(guī)定的軸壓比限值0.5(抗震等級(jí)一級(jí))尚有一定富余。值得指出的是，混凝土抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比約為10，若對(duì)墻肢施加預(yù)應(yīng)力，使墻肢軸壓比增大0.1恰可使墻肢在中震下的截面名義拉應(yīng)力減小約1.0ftk。所以墻肢軸壓比的富余(約0.2)可將結(jié)構(gòu)中受拉最大的墻肢拉應(yīng)力控制于1.0ftk以內(nèi)，即本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)所有墻肢在中震(雙向地震)作用下不會(huì)受拉開裂，消除潛在的抗震薄弱因素。

不難看出，對(duì)中震下可能受拉的墻肢施加預(yù)應(yīng)力進(jìn)而提高墻體抗拉能力及抗震能力的方案在理論上具有合理性。

2 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)概況

傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力形式按照有無粘結(jié)主要分為有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力兩種，其中無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力在施工上具有優(yōu)勢(shì)，而有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的力學(xué)性能更好，但由于不能保證灌漿完全密實(shí)，所以有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的施工質(zhì)量很難把控。

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋同時(shí)具備有粘結(jié)和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的特性。鋼絞線周圍包裹了一種緩粘結(jié)材料，見圖2。前期預(yù)應(yīng)力筋與緩粘結(jié)材料間幾乎沒有粘結(jié)力，與無粘結(jié)體系相同；后期緩粘結(jié)材料固化，使預(yù)應(yīng)力鋼絞線、外包護(hù)套之間產(chǎn)生粘結(jié)力；外包高強(qiáng)護(hù)套材料通過凹凸不平的壓痕與周圍混凝土咬合，從而形成握裹力，達(dá)到與有粘結(jié)體系類似的效果。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土體系既具有無粘結(jié)體系施工方便、布筋靈活的優(yōu)點(diǎn)，又具備有粘結(jié)體系混凝土強(qiáng)度利用率高且更耐腐蝕的特點(diǎn)。

圖2 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋構(gòu)造圖

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的核心是緩粘結(jié)材料，即涂包在預(yù)應(yīng)力鋼絞線和外包護(hù)套之間的具有一定厚度的、有良好防腐性能的、具有緩凝特性的專門膠結(jié)材料。緩粘結(jié)材料在初生產(chǎn)時(shí)會(huì)具有一定的粘性，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，其粘度會(huì)逐漸下降，并開始慢慢固結(jié)，最終會(huì)達(dá)到完全結(jié)硬的狀態(tài)。在完全結(jié)硬前一段時(shí)間為適合張拉期，此時(shí)緩粘結(jié)材料尚未出現(xiàn)明顯的硬度，也不會(huì)產(chǎn)生較大粘結(jié)阻力從而造成預(yù)應(yīng)力損失，且該段時(shí)期緩粘結(jié)材料的觸變性較好，受擾動(dòng)后對(duì)后期結(jié)硬產(chǎn)生的強(qiáng)度影響較小。國(guó)內(nèi)已有較多學(xué)者對(duì)緩粘結(jié)的摩擦損失問題展開了研究，現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)《緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 387—2017)[8]給出了針對(duì)以環(huán)氧樹脂為緩粘結(jié)材料的預(yù)應(yīng)力鋼絞線摩擦系數(shù)κ=0.006m-1。

目前緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在我國(guó)的研究已有30年，有試驗(yàn)將緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁的受力性能與后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果表明其極限承載力、剛度及裂縫控制等靜力性能不輸于甚至更優(yōu)于后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁[9]。我國(guó)已有多個(gè)項(xiàng)目采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，工程中緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)減少了施工工序和難度，也保證了結(jié)構(gòu)的抗震能力，取得了很好的效果。

3 墻體預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

本工程對(duì)中震作用下超過混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的混凝土剪力墻采用后張緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，預(yù)應(yīng)力墻體平面布置見圖3。預(yù)應(yīng)力筋直徑為21.6mm，采用的是1 860MPa級(jí)低松弛鋼絞線。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，預(yù)應(yīng)力筋布置沿豎向分為4段，各段長(zhǎng)度約16.25～17.7m(5～6層)，一端錨固一端張拉，預(yù)應(yīng)力筋豎向布置見表1。預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力σcon=0.75fptk=1 395MPa。張拉端錨固體系采用夾片式錨具及其配套的錨墊板和螺旋筋，固定端采用群錨擠壓錨具。混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C60。為了減小混凝土變形對(duì)預(yù)應(yīng)力的損失，本工程預(yù)應(yīng)力筋的張拉適用期取6個(gè)月，即待上部結(jié)構(gòu)基本施工完成后再進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉錨固。

圖3 預(yù)應(yīng)力墻體平面布置圖

表1

根據(jù)表1的預(yù)應(yīng)力技術(shù)參數(shù)，計(jì)算每束預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)力，然后折算成截面抗拉能力，將墻肢截面拉應(yīng)力控制在1.0ftk以下，還需保證預(yù)壓應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致墻肢軸壓比超過規(guī)范限值。

3.2 墻體應(yīng)力擴(kuò)散分析

值得指出的是，采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)處理的剪力墻周邊范圍存在諸多非預(yù)應(yīng)力墻體、梁及樓板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，特別是結(jié)構(gòu)平面內(nèi)部的腹板墻，因其軸向剛度較大，將對(duì)外圍墻體中預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生分擔(dān)和消散等不利影響，所以有必要針對(duì)這一問題進(jìn)行更為詳細(xì)的分析。

采用有限元結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000對(duì)局部模型進(jìn)行分析，并確定預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散系數(shù)。局部模型為項(xiàng)目底部10層，其中下部5層施加預(yù)應(yīng)力，見圖4。采用桿單元模擬墻體中預(yù)應(yīng)力筋，預(yù)應(yīng)力筋采用降溫法對(duì)預(yù)應(yīng)力進(jìn)行模擬加載，選取其中典型的4個(gè)受拉墻體進(jìn)行分析，見圖5。

圖4 墻體應(yīng)力擴(kuò)散分析局部模型

圖5 墻體應(yīng)力擴(kuò)散分析墻肢平面圖

經(jīng)分析，當(dāng)預(yù)應(yīng)力墻體與非預(yù)應(yīng)力墻體直接連接或預(yù)應(yīng)力墻體連接著剛度較大的連梁時(shí)，預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)顯著，部分墻體預(yù)壓應(yīng)力相較無應(yīng)力擴(kuò)散預(yù)應(yīng)力結(jié)果保留不足50%。針對(duì)此問題，本工程采用將預(yù)應(yīng)力墻體和非預(yù)應(yīng)力墻體間預(yù)留豎向貫通施工后澆帶，待預(yù)應(yīng)力筋張拉錨固完成后，再封閉后澆帶，以減小墻體中預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散影響，應(yīng)力擴(kuò)散計(jì)算結(jié)果見表2。由表2可知，當(dāng)增加豎向貫通施工后澆帶后，墻體應(yīng)力擴(kuò)散影響得到顯著緩解，其中Q7，Q8，Q11墻肢預(yù)應(yīng)力均可以保留75%以上。由于墻肢面積小、周邊梁剛度大等影響因素，Q2墻肢預(yù)應(yīng)力損失仍稍大，對(duì)于此類墻肢，控制經(jīng)預(yù)壓應(yīng)力折減后中震拉應(yīng)力小于0.80ftk，以確保均滿足結(jié)構(gòu)安全要求。綜上所述，增加施工后澆帶措施可以很大程度上緩解應(yīng)力擴(kuò)散影響；針對(duì)應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)，本工程預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算增加應(yīng)力擴(kuò)散系數(shù)，取值0.75。

墻體應(yīng)力擴(kuò)散分析計(jì)算結(jié)果 表2

3.3 混凝土的收縮徐變分析

混凝土的收縮和徐變會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形增大，而剪力墻豎向變形增大，會(huì)顯著增加預(yù)應(yīng)力損失，因此計(jì)算剪力墻結(jié)構(gòu)混凝土的收縮和徐變對(duì)于本工程的預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)至關(guān)重要。針對(duì)混凝土的收縮和徐變問題，分別根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)(2015年版)[10](簡(jiǎn)稱混規(guī))及有限元軟件SAP2000對(duì)本工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行混凝土收縮徐變分析。

3.3.1 規(guī)范計(jì)算

混規(guī)附錄K中給出了考慮預(yù)加應(yīng)力齡期、理論厚度等多種因素影響的混凝土收縮、徐變所引起的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算方法，其中混凝土收縮應(yīng)變和徐變系數(shù)終極值是通過參考?xì)W洲規(guī)范EN1992-2提供的公式計(jì)算得出的。預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失終極值σl5計(jì)算公式如下：

式中：σpc為受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力筋合力點(diǎn)處由預(yù)加力和梁自重產(chǎn)生的混凝土法向壓應(yīng)力；φ∞為徐變系數(shù)終極值；ε∞為收縮應(yīng)變終極值；Es為預(yù)應(yīng)力筋彈性模量；αp為預(yù)應(yīng)力筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值；ρ為受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋的配筋率。

3.3.2 有限元軟件施工模擬分析

為了更詳細(xì)地評(píng)估鋼筋混凝土剪力墻在受壓作用下的收縮與徐變效應(yīng)，采用有限元結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮混凝土收縮徐變的施工模擬分析，模型見圖6。其中混凝土收縮與徐變計(jì)算方法基于歐洲的CEB-FIP90規(guī)范中的相關(guān)計(jì)算公式。混凝土徐變應(yīng)變?chǔ)與(t,t0)計(jì)算公式為：

圖6 SAP2000結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

式中：t為所考慮時(shí)刻的混凝土齡期；σc(t0)為混凝土加載時(shí)的應(yīng)力；Ec(28)為齡期28d時(shí)混凝土的彈性模量；φ(t,t0)為時(shí)間t的徐變系數(shù)，為徐變應(yīng)變與彈性應(yīng)變的比值，與周圍環(huán)境的相對(duì)濕度、構(gòu)件名義尺寸以及構(gòu)件與大氣接觸的周邊長(zhǎng)度密切相關(guān)。

混凝土收縮應(yīng)變?chǔ)與s(t,ts)計(jì)算公式為：

εcs(t,ts)=εcs0βs(t-ts)

式中：εcs0為名義收縮應(yīng)變；βs(t-ts)為描述收縮隨時(shí)間發(fā)展的系數(shù)，該系數(shù)與水泥種類有關(guān)；ts為收縮開始時(shí)的混凝土齡期。

本工程環(huán)境年平均相對(duì)濕度取70%；水泥種類系數(shù)取5.0(普通水泥)；標(biāo)準(zhǔn)層每層施工時(shí)間為5d，施工模擬順序見表3。

混凝土收縮徐變分析施工模擬順序 表3

選取兩個(gè)典型剪力墻Q1，Q5為例，各段預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)與張拉10年后豎向變形見表4。由表4可知，各段預(yù)應(yīng)力筋在有限元分析計(jì)算中，由于混凝土收縮徐變所引起的預(yù)應(yīng)力筋損失占總預(yù)加壓力約4.5%～6.1%，均略小于規(guī)范公式的計(jì)算結(jié)果7.3%。所以本文取混規(guī)公式計(jì)算結(jié)果作為預(yù)應(yīng)力筋由于混凝土的收縮和徐變所引起的損失值。

Q1，Q5預(yù)應(yīng)力筋收縮徐變豎向變形 表4

3.4 預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算

根據(jù)《緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 387—2017)[8]計(jì)算緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失值，以確定張拉后的張拉應(yīng)力。其中，預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力σcon=0.75fptk=1 395MPa；單段預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度l=20m；錨具變形及預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮值a=7mm；緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的摩擦系數(shù)κ=0.006m-1，混凝土法向壓應(yīng)力σ′=0.45fc=13.75N/mm2；應(yīng)力擴(kuò)散系數(shù)取0.75。各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失值見表5。

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力損失 表5

綜上所述，預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)張拉強(qiáng)度σp=740N/mm2,根據(jù)中震下墻體受拉計(jì)算結(jié)果，確定每個(gè)受拉墻體預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)，并驗(yàn)算施加預(yù)應(yīng)力后墻體軸壓比是否符合規(guī)范相應(yīng)限值。相比審查要點(diǎn)中常規(guī)布置型鋼方案，本工程預(yù)應(yīng)力方案可節(jié)約工程造價(jià)約450萬元；另外施工工藝簡(jiǎn)單，對(duì)正常的鋼筋綁扎和混凝土澆筑均基本無影響，可節(jié)約工期約50d。

3.5 墻體預(yù)應(yīng)力筋張拉端設(shè)計(jì)

本工程預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)均為一端錨固一端張拉，如圖7所示。其中第一段選擇下端為張拉端，若地下建筑要求允許，可在墻外預(yù)留張拉錨具，方便施工且對(duì)墻體無不利影響。其余三段均為下端錨固上端張拉，張拉端分別在11層、17層(避難層)及22層，由于建筑要求需要，11層及22層只能在墻內(nèi)預(yù)留張拉錨固空間，相應(yīng)節(jié)點(diǎn)需要特殊設(shè)計(jì)。本工程采用直徑為21.6mm的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，張拉口需預(yù)留尺寸為150mm×350mm。由于底部需要預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量較多，為了減小對(duì)墻體的破壞，張拉口為高低兩行，錯(cuò)落布置。張拉口在張拉完成后須立即采用高一級(jí)混凝土進(jìn)行封閉。值得說明的是，張拉口應(yīng)布置在墻體分布鋼筋區(qū)域，從而盡量不切斷墻體鋼筋。此工程還對(duì)考慮張拉口對(duì)墻體削弱后的剪力墻進(jìn)行了驗(yàn)算，其軸壓比和抗震下抗剪承載力均滿足高規(guī)要求。

圖7 預(yù)應(yīng)力筋豎向布置及墻內(nèi)張拉端示意圖

以墻中拉應(yīng)力較大的剪力墻Q1，Q5為例，墻體截面內(nèi)均勻布置預(yù)應(yīng)力鋼筋。兩段預(yù)應(yīng)力筋重疊位置均為下段預(yù)應(yīng)力筋居中，上段居于兩側(cè)，底部第一段與第二段預(yù)應(yīng)力筋重疊區(qū)域布置見圖8。值得說明的是，相鄰兩段搭接區(qū)會(huì)承擔(dān)兩段的預(yù)加應(yīng)力，其局部軸壓比會(huì)略大于高規(guī)限值，本工程采用將該區(qū)域墻體增加暗梁的方式進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

圖8 預(yù)應(yīng)力筋平面布置示意圖

4 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力方案與型鋼方案整體結(jié)構(gòu)抗震性能分析

考慮本工程為高烈度超高層結(jié)構(gòu)，且為首次采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力方案解決中震下剪力墻受拉問題，需研究此方案與常規(guī)設(shè)置型鋼方案時(shí)整體結(jié)構(gòu)抗震性能的差異。本節(jié)依據(jù)審查要點(diǎn)方法將中震(雙向地震)作用下出現(xiàn)拉力的墻肢進(jìn)行型鋼配置，并采用ABAQUS軟件分別對(duì)兩種方案進(jìn)行三組人工波、雙向輸入并輪換主方向進(jìn)行了罕遇地震作用下的動(dòng)力彈塑性分析。

4.1 基底剪力及結(jié)構(gòu)變形

圖9為L(zhǎng)845-1/L845-2(人工波)(雙向輸入)下緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力方案和型鋼方案的基底剪力時(shí)程曲線對(duì)比。由圖9可知，兩種方案下結(jié)構(gòu)基底剪力基本吻合。

圖9 罕遇地震下結(jié)構(gòu)基底剪力曲線

圖10為兩種方案結(jié)構(gòu)樓層最大位移及最大層間位移角對(duì)比曲線。由圖10可知，X主方向下結(jié)構(gòu)位移未見明顯區(qū)別；Y主方向下結(jié)構(gòu)樓層最大位移及最大層間位移角曲線存在差別，其中結(jié)構(gòu)樓層最大位移配置型鋼方案較緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力方案略大，而前者的最大層間位移角在結(jié)構(gòu)18層以下略大于后者，在35層以上則后者略大于前者。

圖10 罕遇地震下結(jié)構(gòu)變形曲線

4.2 結(jié)構(gòu)損傷

圖11為緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力方案與型鋼方案結(jié)構(gòu)剪力墻的受拉損傷云圖示意。整體來看，采用兩種加強(qiáng)措施的底部受拉墻體混凝土損傷分布情況基本相似，但考察局部墻體不難看出，在墻體內(nèi)設(shè)置緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，由于墻體內(nèi)形成了一定量的初始受壓應(yīng)力，墻體在罕遇地震作用下的受壓及受拉損傷分布范圍及程度均較配置型鋼方案輕。這表明，采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為墻體受拉加強(qiáng)措施可以保證整體結(jié)構(gòu)具有與配置型鋼方案一致的抗震性能，對(duì)于局部墻體而言，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以提高墻體的受拉性能，明顯改善其抗震性能。

圖11 罕遇地震下剪力墻受拉損傷情況示意

5 結(jié)論

(1)對(duì)于中震下軸壓比尚有一定富余的受拉墻體，可通過預(yù)應(yīng)力技術(shù)施加預(yù)壓應(yīng)力，從而提高構(gòu)件的抗拉能力及抗震能力。由于混凝土抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比約為10，即使墻體軸壓比增大0.1可使墻體在中震下的拉應(yīng)力減小約1.0ftk。

(2)緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋同時(shí)具備有粘結(jié)和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的特性，不僅具有無粘結(jié)體系施工方便、布筋靈活的優(yōu)點(diǎn)，還具有有粘結(jié)體系混凝土整體性、力學(xué)性能更好的優(yōu)點(diǎn)。

(3)剪力墻結(jié)構(gòu)中，由于采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的剪力墻周圍存在非預(yù)應(yīng)力墻體及連梁，這將對(duì)預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生較顯著的擴(kuò)散影響。為了提高預(yù)應(yīng)力使用率，將預(yù)應(yīng)力墻體和非預(yù)應(yīng)力墻體間預(yù)留豎向貫通施工后澆帶，待預(yù)應(yīng)力筋張拉錨固后再封閉后澆帶。

(4)結(jié)構(gòu)彈塑性分析中，結(jié)構(gòu)采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以有效提高墻體在強(qiáng)烈地震作用下的受拉性能與安全儲(chǔ)備，與常規(guī)配置型鋼方案相比，具有一致的抗震性能。