竖向分布钢筋不连接装配整体...基于位移的变形能力设计方法_曹志伟.pdf
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1、第 53 卷 第 5 期2023 年 3 月上建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.5Mar.2023 DOI:10.19701/j.jzjg.20221431山东省重点研发计划课题:绿色智能建造和建筑工业化关键技术与成套设备(2021CXGC011205)。第第一一作作者者:曹志伟,博士,工程师,主要从事装配式建筑构件设计、智能建造等方向研究,Email:czwcscec 。竖向分布钢筋不连接装配整体式剪力墙基于位移的变形能力设计方法曹志伟1,3,朱 彤2,房海波3(1 同济大学土木工程学院建筑工程系,上海 200092;2 中国建筑股份有限公司,北京 100
2、029;3 中国建筑第八工程局第二建设有限公司,济南 250014)摘要:竖向分布钢筋不连接装配整体式剪力墙(SGBL 装配整体式剪力墙)特点包括:剪力墙中竖向分布钢筋在楼层处断开连接,两端边缘构件采用现浇做法同时加大主筋配筋,从而极大的提高施工效率。由于 SGBL 装配整体式剪力墙的配筋形式较传统装配整体式剪力墙配筋形式存在较大差异,因此应提出针对于 SGBL 装配整体式剪力墙的极限位移计算方法。通过分析竖向钢筋配筋形式变化对 SGBL 装配整体式剪力墙等效塑性铰长度的影响,提出了考虑剪切、弯曲变形影响的 SGBL 装配整体式剪力墙极限位移计算方法,并通过 SGBL 装配整体式剪力墙抗震试验
3、的结果验证了计算方法的可靠性,为 SGBL 装配整体式剪力墙基于位移的变形能力设计方法提供参考。关键词:SGBL 装配整体式剪力墙;竖向分布钢筋;极限位移;等效塑性铰;弯曲变形;剪切变形 中图分类号:TU318+.1 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)05-0036-05引用本文 曹志伟,朱彤,房海波.竖向分布钢筋不连接装配整体式剪力墙基于位移的变形能力设计方法J.建筑结构,2023,53(5):36-40.CAO Zhiwei,ZHU Tong,FANG Haibo.Displacement-based deformation capacity design method
4、 of monolithic assembled concrete shear wall with non-connected vertical distribution reinforcementJ.Building Structure,2023,53(5):36-40.Displacement-based deformation capacity design method of monolithic assembled concrete shear wall with non-connected vertical distribution reinforcement CAO Zhiwei
5、1,3,ZHU Tong2,FANG Haibo3(1 Department of Structural Engineering,College of Civil Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China;2 China State Construction Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100029,China;3 The Second Construction Limited Company of China Construction Eighth Engineering Division,Jinan
6、 250014,China)Abstract:The characteristics of the monolithic assembled concrete shear wall structure with non-connected vertical distribution reinforcement(SGBL monolithic assembly shear wall)are that the vertical distribution reinforcements are unconnected at the floor and the boundary elements at
7、both ends are cast-in-situ and the main reinforcement is increased at the same time,which greatly improves the construction efficiency.As the reinforcement forms of SGBL monolithic assembly shear wall structure are quite different from those of traditional monolithic assembly shear walls,a calculati
8、on method for the ultimate displacement of SGBL monolithic assembly shear wall structure was proposed.By analyzing the influence of the change of vertical reinforcement form on the equivalent plastic hinge length of SGBL monolithic assembly shear wall structure,a calculation method for the ultimate
9、displacement of SGBL monolithic assembly shear wall structure was proposed considering the influence of shear and bending deformation,and the reliability of the calculation method was verified by the seismic test results of SGBL monolithic assembly shear wall structure.It provides a reference for th
10、e displacement-based deformation capability design method of SGBL monolithic assembly shear wall structure.Keywords:SGBL monolithic assembled shear wall;vertical distribution reinforcement;ultimate displacement;equivalent plastic hinge;bending deformation;shear deformation 0引言 墙体竖向分布钢筋不连接的新型装配整体式剪力墙
11、结构体系(简称 SGBL 装配整体式剪力墙)特点包括:预制墙板内部竖向分布钢筋在楼层处断开连接,预制墙板底部铺设 20mm 厚坐浆层,两端边缘构件采用现浇施工方式同时加大内部主筋配筋,构第 53 卷 第 5 期 曹志伟,等.竖向分布钢筋不连接装配整体式剪力墙基于位移的变形能力设计方法图 1 SGBL 装配整体式剪力墙构造示意造如图 1 所示。目前,建筑结构抗震设计多采用基于力的设计方法,在结构弹性阶段可采用应力或内力反映结构的性能水平1。然而当结构进入塑性阶段时,如遭遇严重地震灾害情况下,单纯依靠观察内力变化无法准确反映结构的损伤程度,此时结构的安全性能主要由其变形能力决定,即基于位移的设计方
12、法理念2-3。而基于位移的设计方法关键之一是通过合理的抗震构造措施使其变形能力满足结构位移需求4。由于 SGBL 装配整体式剪力墙的配筋形式较传统装配整体式剪力墙配筋形式存在较大差异,因此相应极限位移计算方法也将与传统装配整体式剪力墙有所不同。本文通过分析竖向钢筋配筋形式变化对 SGBL 装配整体式剪力墙等效塑性铰长度的影响,建立了考虑剪切、弯曲变形影响的 SGBL 装配整体式剪力墙极限位移计算方法,并通过 SGBL 装配整体式剪力墙抗震试验的结果验证计算方法的可靠性。1SGBL 装配整体式剪力墙塑性铰长度计算方法 对于钢筋混凝土剪力墙结构,基于位移的设计方法的核心在于确定剪力墙的等效塑性铰长
13、度3。早期学者对于剪力墙等效塑性铰长度取值多采用经验判定方法,Park 等5于 1975 年提出了等效塑性铰长度的下限计算公式,将等效塑性铰长度定义为剪力墙体截面宽度的一半;Paulay 等6于 1993 年通过试验研究分析了高宽比和墙体截面宽度对等效塑性铰长度的影响;张松等7于 2009 年在试验研究基础上,拟合出了考虑弯剪比变量的等效塑性铰长度计算公式;Bohl 等8于 2011 年在进行等效塑性铰长度影响因素分析时,给出了考虑弯剪比影响的等效塑性铰长度计算公式,相关计算模型见表 1。表 1 早期学者的等效塑性铰长度计算模型研究学者等效塑性铰长度计算模型Park5lp=0.5hwPaula
14、y6lp=0.2hw+0.044H张松7lp=0.33z-0.03HBohl8lp=(0.2hw+0.05z)1-1.5Nfcbwhw()注:hw为剪力墙的截面高度;bw为剪力墙的截面宽度;H 为剪力墙高度;lp为等效塑性铰长度;z 为弯剪比;N 为轴向压力;fc为混凝土抗压强度。由表 1 可知,已有学者所提出的剪力墙等效塑性铰长度计算模型并未能考虑剪力墙竖向钢筋配筋形式变化对等效塑性铰长度的影响,本文研究对象 SGBL 装配整体式剪力墙的配筋形式较传统装配整体式剪力墙配筋形式存在较大差异,因此应提出针对于 SGBL 装配整体式剪力墙的等效塑性铰长度计算方法,计算方法采用基本假定如下:(1)规
15、定屈服曲率 y与极限曲率 u所在截面沿墙高方向距离为塑性铰长度 lpz,而由理想曲率分布所对应的沿墙高方向距离为等效塑性铰长度 lp,如图 2 所示。图 2 曲率及弯矩分布(2)由文献9抗震性能试验结果可知,SGBL装配整体式剪力墙顶部未达到屈服位移之前,曲率沿墙高方向呈线性分布,超过屈服位移之后曲率沿墙高方向呈双折线分布。由上述基本假定可知,SGBL 装配整体式剪力墙等效塑性铰长度 lp与截面弯矩之间满足如下关系:lp=H21-MyM()(1)式中:H 为 SGBL 装配整体式剪力墙高度;My为SGBL 装配整体式剪力墙的屈服受弯承载力;M 为SGBL 装配整体式剪力墙的极限受弯承载力。由此
16、可见,确定 SGBL 装配整体式剪力墙等效塑性铰长度的关键在于求解其屈服受弯承载力 My以及极限受弯承载力 M。SGBL 装配整体式剪力墙极限受弯承载力 M 可由文献9计算求得。同时,采取弹性方法求解 SGBL 装配整体式剪力墙屈服受弯承载力 My。规定 SGBL 装配整体式剪力墙受拉区域边缘构件内侧钢筋屈服时 SGBL 装配整体式剪73建 筑 结 构2023 年力墙达到屈服阶段,此时 SGBL 装配整体式剪力墙截面应力、应变分布如图 3 所示。图 3 屈服阶段截面应力、应变分布SGBL 装配整体式剪力墙截面竖向平衡方程如下所示:N+Pts=Pc+Pcs(2)Pts=fyAs(3)Pc=0.5
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