武 豪

(山西鐵道職業(yè)技術學院 交通工程系，山西 太原 030002)

0 前 言

隨著單鋼板-混凝土組合剪力墻(簡稱SSPC剪力墻)工程運用日趨廣泛[1]，許多國家編制了包含驗算公式在內的SSPC剪力墻設計規(guī)程，為這一新型結構的工程運用提供參照依據。其中較為典型的有俄國勁性混凝土規(guī)程、美國ACI與AISC-LRFD、歐洲EUROCODE4、日本建筑學會(AIJ)規(guī)程及我國的《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》(JGJ 3—2010)[2](以下簡稱《高規(guī)》)、《鋼骨混凝土結構設計規(guī)程》(YB 9082—2006)[3](以下簡稱《鋼規(guī)》)以及《型鋼混凝土組合結構技術規(guī)程》(JGJ 138—2001)[4](以下簡稱《型規(guī)》)等。

《高規(guī)》基于RC剪力墻的抗剪能力驗算方法，通過疊加作為邊緣構件的兩側型鋼以及內嵌鋼板的抗剪貢獻，得出了偏心受壓下單鋼板內嵌式組合剪力墻的抗剪承載力驗算公式。然而，該方法基于組合剪力墻的彎曲破壞得出，并不適合低剪跨比時以剪切破壞為主的組合剪力墻承載力驗算?！朵撘?guī)》借鑒了AIJ提出的驗算方法，運用“改進簡單疊加法”進行理論分析和力學模型建立；《型規(guī)》給出的驗算公式理論依據更為充分，但驗算公式表述得較為復雜，且低剪跨比下的計算準確度不高。

現行規(guī)范多是依據“強剪弱彎”準則，以SSPC剪力墻產生彎曲破壞或彎剪破壞來進行承載力驗算，而令其發(fā)生純剪切破壞研究較少。對低剪跨比下的SSPC剪力墻進行驗算時，均將剪跨比帶為固定數值，未充分考慮剪跨比改變對墻體抗剪能力的影響。

本文基于武豪完成的若干組低剪跨比內嵌式SSPC剪力墻的數值模擬結果，對現行《高規(guī)》與《型規(guī)》中的計算公式進行比較驗算，并運用疊加法與系數調整法進行修正，提出低剪跨比下SSPC剪力墻抗剪能力驗算公式。以期為組合剪力墻的深入研究與工程運用提供參考建議[5-6]。

1 現行計算公式在低剪跨比下的運算分析

1.1 現行SSPC剪力墻抗剪能力驗算公式

當前對于內嵌式SSPC剪力墻抗剪能力驗算公式，多是運用半理論半經驗的疊加法，對各抗剪構件提供的貢獻進行組合。

1)《高規(guī)》規(guī)定的計算公式?！陡咭?guī)》規(guī)定的SSPC剪力墻受剪能力驗算見式(1)，各參數含義見表1。當剪跨比λ<1.5時，取λ=1.5；當λ>2.2時，取λ=2.2；若墻體兩端邊緣構件橫截面不同時，Aal取面積更小一側。

式(1)疊加了鋼筋混凝土、內嵌鋼板與型鋼邊緣構件共3方面的抗剪能力，其中第1項與鋼筋混凝土剪力墻計算方法相同。

2)呂西林等基于《型規(guī)》修正后的計算公式。呂西林等進行了幾組SSPC剪力墻往復試驗[7-8]，基于《型規(guī)》提出了SSPC剪力墻的抗剪能力驗算式(2)。其中各參數說明見表1，剪跨比與Aal取值同式(1)。

(2)

與式(1)相比，式(2)同樣對各抗剪部分進行疊加，但用混凝土的fc取代了ft，來計算RC部分的抗剪能力，各部分所選用的參數均有差異。

1.2 低剪跨比下現有公式的計算分析

將武豪[9]進行的6組組合剪力墻的試驗結果與按照式(1)與式(2)計算結果進行對比，對比結果如表2，結果分布情況如圖1。其中W-1與W-2剪跨比為0.75，W-3與W-4剪跨比為1.00，W-5與W-6剪跨比為1.25；W-1、W-3與W-5內嵌鋼板厚度為4 mm，W-2、W-4與W-6內嵌鋼板厚度為8 mm。在驗算時分別帶入規(guī)程中規(guī)定的剪跨比(即小于1.5時均取為1.5)與真實剪跨比，4個計算式中實際抗力與計算抗力比值的均值依次為0.98、0.64、1.14、0.89，比值離散系數平均值依次為0.24、0.04、0.34、0.14。

表2 SSPC剪力墻抗剪能力計算公式比較

圖1 計算值與試驗值的對比

分析可知，式(1)(規(guī)程剪跨比)的運算與試驗所得相比差別不大，但由于采用規(guī)程剪跨比，在λ較小時運算結果過小，但隨著λ增大，驗算抗力遠高于試驗所得，運算結果較為不安全。式(1)(真實剪跨比)為實際剪跨比帶入，更好反映出抗力隨剪跨比的改變規(guī)律，離散系數較小，但各個剪跨比均安全儲備不夠，差值較大。式(2)與式(1)相比發(fā)展規(guī)律相似，計算結果與實驗結果更為接近，說明在小剪跨比下，《型規(guī)》計算精度略優(yōu)于《高規(guī)》。

綜合上述兩類公式可知，規(guī)程驗算式在小剪跨比下，都在λ較小時運算結果過于保守，而λ較大時，計算結果數值遠超過真實抗力，安全儲備不夠。因此，有必要根據試驗數據對規(guī)程驗算式進行修正，得出適用于低剪跨比下SSPC剪力墻的抗力的驗算方法。

2 SSPC剪力墻抗剪能力驗算式的修正

內嵌式SSPC剪力墻的抗剪能力V由3部分組成，依次是RC提供的Vh、型鋼構件提供的Vb以及內嵌鋼板提供的Vg。可將小剪跨比下SSPC剪力墻的抗剪承載力扣除掉Vh以及Vb，反算出Vg部分更為準確的表達式。

2.1 基于《高規(guī)》的修正

《高規(guī)》7.2.10規(guī)定了RC剪力墻斜截面抗剪能力的驗算方法，見式(3)。邊緣構件對SSPC剪力墻抗剪能力的貢獻依據第11.4.13條，見式(4)。試驗數據均無軸力N作用，故對軸力部分不進行修正。在運算中帶入規(guī)程規(guī)定的剪跨比1.5，并用實際抗力扣除Vh與Vb，得到內嵌鋼板貢獻的Vg。基于式(1)形式擬合得到的計算式見式(5)。

(3)

(4)

(5)

由此，內嵌式SSPC剪力墻的驗算見式(6)；而剪跨比低于1.5時，帶入λ=1.5，式(6)可簡化為式(7)。

(6)

(7)

特別地，若λ≤1.0，考慮到帶入實際剪跨比會使得驗算結果過于保守，因此，運用W-1～W-4實際剪跨比得鋼板部分承擔的剪力Vg如式(8)，此時組合剪力墻驗算如式(9)。

(8)

(9)

2.2 基于《型規(guī)》的修正

《型規(guī)》8.1.4為關于配有邊緣構件的RC剪力墻斜截面抗剪能力驗算方法，其中RC部分見式(10)，邊緣構件部分見式(11)。與上述方法相同，對軸力部分不予修正，用實際抗力扣除Vh與Vb，得到Vg的數值。帶入λ=1.5，根據式(2)擬合得出鋼板部分的表達式見式(12)。

(10)

(11)

(12)

由此，內嵌式SSPC剪力墻抗剪能力的表達式見式(13)。若剪跨比低于1.5，帶入λ=1.5，式(13)可簡化為式(14)。

(13)

(14)

特別地，若λ≤1.0時，考慮到帶入實際剪跨比會使得驗算結果過于保守，因此，運用W-1～W-4實際剪跨比得鋼板部分承擔的剪力Vg如式(15)，此時組合剪力墻驗算如式(16)。

(15)

(16)

2.3 修正公式的計算結果比較

將6組實際抗力帶入以上所得的SSPC剪力墻抗剪能力計算公式，進行比較見表3，分布情況見圖2。由表3可知，實際抗力與計算抗力比值的均值依次為1.09、1.05、1.09、1.06，比值離散系數平均值依次為0.18、0.11、0.19、0.12。修正后的公式與試驗結果的數值更加接近，變化趨勢也更為符合；根據圖2可知，和修正前相比，修正后的運算數值偏移等值線情況更為均勻。由此說明修正后的運算公式能夠更好地驗算低剪跨比下單鋼板內嵌式SSPC剪力墻的抗剪能力。

表3 SSPC剪力墻抗剪承載力計算公式比較

圖2 修正公式值與試驗值的對比圖

3 結 論

基于試驗數據和《高規(guī)》及《型規(guī)》中的運算公式，運用數據擬合法調整系數，得出低剪跨比下鋼板部分的抗剪貢獻，再用疊加法得出修正后的內嵌式SSPC剪力墻抗剪能力驗算式。經驗算表明，修正后的驗算公式與試驗結果更為接近，能夠更準確描述低剪跨比下以剪切破壞為主的組合剪力墻試件的承載能力。

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