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【摘 要】 用数值方法编制了钢筋混凝土压弯构件的非线性分析程序，计算了T形截面短肢剪力墙的弯矩—曲率关系。提出通过调整纵向钢筋在截面的分布改善构件强度和延性的建议，并分析了其合理性，为T形短肢剪力墙的研究和设计提供参考。
【关键词】 短肢剪力墙；弯矩—曲率；延性；强度；配筋形式
中图分类号：TU398 文献标识码：A
The nonlinear analysis of the Tshort pier shear wall under different reinforcement forms
Li Zhipeng，Guo Di，Wu Yaopeng
（School of Civil Engineering，Xi’an Univ. of Arch. & Tech. ，Xi’an 710055，China）
【Abstract】 This paper calculated the momentcurvature relationship of a T-short pier wall through a program that deals with the nonlinear analysis of reinforced concrete under flexure and axial load. And put forward the suggestion that strength and stretch ability can be improved by adjusting distribution of longitudinal reinforcement and analyze its rationality to provide reference to study and design of the T-short pier shear wall.
【Key words】 short pier shear wall, momentcurvature relationship, ductility, strength, reinforcement forms
引言
短肢剪力墙结构具有建筑布置灵活，结构自重较轻的优点，在小高层及高层住宅中得到广泛应用。《高层建筑混凝土结构技术规程》［1］在一般规定中列入了关于短肢剪力墙设计的条文。
本文在以往研究的基础上编制了钢筋混凝土压弯构件的弯矩—曲率分析程序，从曲率延性和截面强度等方面进行分析，以探求T形截面短肢剪力墙较为合理的配筋方式。
1.非线性分析程序原理
1.1 计算采用的基本假定
（1）变形过程中短肢剪力墙截面应变符合平截面假定；
（2）不考虑混凝土抗拉强度；
（3）构件不受剪切变形影响；
（4）钢筋与混凝土粘结良好，不产生钢筋粘结破坏和滑移。
1.2 材料的本构关系
本文对混凝土本构关系采用肯特（Kent）和帕克（Park）模型，如图1。混凝土的应力应变关系为：
图1 混凝土应力应变曲线
σc=kf′c［2εc0.002－（εc0.002）2］ εc≤0.002
σc=kf′c［1－Z（εc－0.002）］ 0.002≤εc≤ε20c
σc=0.2kf′c εc>ε20c
式中：Z=0.5ε50u+ε50h－0.002，ε50u=3+0.002fcfc－1000，ε50h=0.75ρsb″sh，k为约束箍筋对混凝土强度的增大系数，f′c为混凝土圆柱体抗压强度，ρs为体积配箍率，b″为混凝土受约束核心宽度，sh为箍筋间距，ε50u为50%应力时对应的应变值，ε20c为应力下降到20%时的应变值，参数Z规定了直线下降段的坡度。
钢筋假定为理想弹塑性材料，其应力应变关系为（图2）：
图2 钢筋应力应变曲线
σs=Es?εs εs≤εy
σs=fy?εsεs εs>εy
1.3 非线性分析方法
为了计算在任一截面形状和荷载角下的弯矩—曲率关系，本文采用文献［3］中提供的方法将截面沿x和y向划分条带形成网格。假定任一网格（面积为ΔA）上混凝土应力σc,i为均匀分布。根据截面中纵筋的实际配置在程序参数中输入各钢筋单元的位置坐标和面积，计算模型如图3所示。根据前述的计算假定即可求出截面任一点的应变，应力，进而可得到截面的内力，得到所要求的弯矩和对应的曲率。
图3 构件计算模型
程序计算流程如图4所示。
图4 程序计算流程图
2.配筋调整与分析
某一T形短肢剪力墙构件截面及配筋如图5示。混凝土采用C40，强度设计值fc=19.1N/mm2,钢筋采用HRB335级钢筋，强度设计值fy=300N/mm2。运用本文计算程序得到轴压比分别0.3、0.4、0.5时，翼缘受压和翼缘受拉的M－φ关系曲线，如图6所示。从图中可以看出，在翼缘受压和翼缘受拉时，
图5 调整前的配筋方式
图6 构件双向受力下的M－φ关系曲线
其受力性能 有明显的不对称，翼缘受压时的延性明显高于翼缘受压的延性。这与实验中T形短肢剪力墙构件在低周反复荷载作用下滞回曲线出现明显不对称表现出的特征是吻合的。理论分析表明，T形短肢剪力墙由于截面本身的几何形状不对称决定了双向受力性能的不对称。截面的肢长与肢厚比越大，这种不对称性越明显。翼缘受拉时容易发生小偏心破坏，构件的延性很差。文献［2］指出，减少翼缘配筋并加大腹板端部配筋是改善T形截面柱抗震性能的有效措施。由于地震方向的不确定性，翼缘有最小配筋率限制，同时因腹板端部面积较小，其端部配筋量也不能大幅度增加。
在保持截面总配筋量相当的情况下，调整钢筋在墙肢截面的分布，是改善短肢剪力墙在翼缘受压和翼缘受拉两种状态下受力性能差异性的有效方法之一。在腹板端部尽量设置较多的钢筋，而在翼缘内只按构造要求设置少量钢筋，减小翼缘和腹板配筋量的差异，从而降低短肢墙反复荷载作用下的承载力差异，改善构件的受力性能。根据这一原则将T形短肢剪力墙中的钢筋布置做以调整，如图7所示。
图7 调整后的配筋方式
为了对比两种不同配筋形式下构件的强度和延性性能，计算了轴压比分别为0.3、0.4、0.5时，调整前后翼缘受拉时的M－φ关系曲线，如图8所示。从图中可以看出，调整配筋后截面的受弯承载力有较大的提高，
图8 调整前后构件的M－φ关系曲线
峰值应力对应的应变均有一定的增大，变形性能均好于前者。这是因为在保持翼缘钢筋基本不变的前提下，腹板端部设置较多的钢筋，可以提高端部受压区的抗压能力，且与端部设置较密的箍筋形成钢筋骨架可以更加有效约束核心混凝土，防止混凝土过早压碎破坏，充分发挥翼缘纵筋的抗弯能力和压区混凝土的抗压能力，从而使构件的变形和承载力都得到善。
3.结论
本文计算了短肢剪力墙构件在翼缘受压和翼缘受拉两种情况下的M－φ关系曲线，提出通过调整截面配筋方式改善构件性能，并进行了对比分析。得到如下结论：
（1）短肢剪力墙在翼缘受压和翼缘受拉情况下，构件的受力和变形性能有很大差异；翼缘受拉情况下很容易出现小偏心的脆性破坏。
（2）使用本文提出的方法调整纵向钢筋在墙肢截面的布置，在端部设置较多的钢筋，可以提高构件的受弯承载力，改善构件的延性性能。
（3）计算中还发现调整配筋后构件双向受力性能差异有所降低，双向受力性能趋于合理。
参考文献
［1］ GB50010-2002. 混凝土结构设计规范［S］
［2］ 郭棣。 宽肢异形柱的试验研究［D］。 西安：西安建筑科技大学，2001
［3］ 朱伯龙、董振祥。 钢筋混凝土非线性分析［M］ 上海：同济大学出版社，1984，50-60
［4］ 郭棣、吴敏哲、谢异同。 宽肢T形柱的滞回特性及耗能分析［J］。世界地震工程，2002,18（2）：146-149
［5］ 郭棣、吴敏哲、田炜。 T形截面钢筋混凝土柱偏心受压分析［J］。西安建筑科技大学学报，2001,33（2）：138-143
［6］ 张杜、叶献国。钢筋混凝土异形柱非线性分析［J］。合肥工业大学学报（自然科学版），2003,26（4），18-25
【作者简介】李志鹏（1987-），男，河南郑州人，工学硕士，从事短剪力墙受力性能研究。
【基金项目】国家自然科学基金项目（51108371）
【文章编号】1006-2688（2011）12-0004-03
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本刊论文