一种剪力墙宏模型的

一种剪力墙宏模型的分析研究摘要：本文在全面分析国内外学者关于剪力墙计算模型研究现状的基础上，对等效钢筋混凝土模型进行改进，建立了一种以弯曲变形为主的钢筋混凝土剪力墙宏观计算模型。这种模型是将剪力墙划分为网格来模拟混凝土和钢筋，并运用框架法来计算宏观剪力墙模型各截面尺寸。通过计算得到构件的总体刚度矩阵，根据此模型编制相应的计算机程序，对剪力墙进行非线性全过程进行分析，从而得到剪力墙在水平荷载作用下的荷载（P）－顶点位移（Δ）曲线，并与试验结果进行比较。通过对比说明了本文所用宏模型的有效性，分析结果与试验结果较为符合。此剪力墙模型与一般有限元模型相比能节省计算量而计算精度也较好。关键词：剪力墙；等效模型；框架法；非线性分析前言随着社会经济的发展，越来越多的城市建筑开始向高层和超高层建筑方向发展。钢筋混凝土剪力墙是目前高层和超高层建筑的主要抗侧力构件，但其非线性计算模型的研究较其他结构构件还不那么成熟。目前，国内外用于钢筋混凝土剪力墙的非线性分析模型主要有：微观有限元模型、宏观构件模型和纤维墙元模型。墙元宏观模型是近年来国内外研究较多并引起关注的墙体分析模型[1]~[4]。其中“等效钢筋混凝土模型”是由法国Mazars等人提出来的剪力墙计算模型[5][6]。此模型计算简便，并且考虑了损伤因素的影响，能有效地对剪力墙进行非线性分析。但是该模型将钢筋混凝土剪力墙分为混凝土和钢筋来分别模拟，与有限元中的分离式模型相似，计算稍微复杂，还要考虑两种单元的粘结情况。本文对此模型进行了适当的改进，使改进后的模型计算更为简便，同时能得到良好的结果。本文建立了改进的剪力墙等效模型，运用框架法对试验模型进行受力分析，并用编制的计算程序进行计算，得到水平力-位移的全曲线，计算结果与试验结果吻合较好。计算模型2.1计算方法这种剪力墙计算模型的计算方法是建立在Hrennikoff框架法的基础上的[7]。此法是把连续的弹性体简化为框架形式的杆，并推导出了相应的杆件截面面积计算公式。主要有图1(a)、(b)两种简化形式，其杆件截面面积按下列公式计算：对形式(a)（1）对形式（b）（2）其中，泊松比为1/3时采用形式(a)，任意泊松比时采用形式(b)；k为长宽比；t为其厚度。其余符号意义见图1。(a)(b)图1两种形式的框架方法Fig.1Twopatternsoftheframeworkmethod途本模型采见用形式捕（慌a昼），因为贝它相对于稍形飘式伟(b希)哥计算简单兔，而且单欺元数目少瞧。乎Maza落r凡s反等人的钢梦筋混凝土闪等效模型担是将混凝岗土单元咏（岗C渐）和水平榴与竖向钢查筋垒（剥S虚V扁,S熊H景）分别来灭模拟的伏[5]到，如欣图箭2惰所示。本旱模型对其税进行改进舅，将钢筋傻单元分散惯到混凝土证单元中，抽作为一个屑整体的模臂型来计算另，如仪图减3发所示。前详图巨2M载azar产s碰等的等效考模型沾Fig2灵.R杂einf秃orce监dco樱ncre赏tee祝quiv患alen匪tmo高del(兔ERC化)捡—谜Maza测rs悠图祖3况味改进模型途Fig3势.M堆odif障ied钓ERC录mode梁l饶2.2求阵刚度矩阵丰2.2.荡1素忠单元杆件辩的刚度矩映阵屠卸饥本模型为贪杆件结构姿，只对单跳根杆件刚神度矩阵进筋行推导。敬根据虚位虚移原理，炭，杆件单宏元上如有猾虚位移树，必有虚禽应故变辜，燕则毁切星佳亿扑昂调（周3民）勒式中还，薯担。虚应变遮兼茅艺卷智破（床4悠）外虚功闯基揉侦杂窃铜（丰5缺）厨于烫是段兴团胶雨(6)枯舱亡狡智(7)亦其中压，垂[柿D愈]已为材料的雷应冠力鹿-们应变关系减矩阵暮。挂阁2.2.拳2烘落本构关系兴混凝土的岂本构关系垮采用高性际能混凝土奶的锹Kent已-Par陪k汪应突力保-瑞应变关系自[8]流(怀图水4),良弱其由上升殿段曲线和普下降段的珍直线组成荒，假定约辨束混凝土穴的抗压强肌度和峰值贵应变都与夫素混凝土拍相等（饶）套,俯上升段曲指线也相同兼，采用依Hogn粱esta晋d星的二次式夸,厕下降段的雪斜线由躁处的应变愤确定。凶撒诉店刷煎忠(8)暑全闹式中：可―袜―穿混凝土的铃圆柱体抗雪压强度，记；慨―忍―帅横向箍筋撑对核心混晶凝土的体扰积率，当邮时，即为牢无约束混持凝土的应窗力－应变恳曲线；善―袜—雷从箍筋外败皮量测的册约束核心妙宽度；响―遮―占箍筋间距身。删钢筋的应走力跪-暴应变关系吴采用双线厚型袄[8]助，如仙图躁5亩所示。溉跟粘图析4么断混凝土的讨本构关糟系抹趴饥同赛墓于图咸5挠过钢筋的本缎构关系拥Fig.慰4S读tres泪s-st蜘rain糊rel柄atio班nfo他rco妈ncre鞭te娃情Fig辆.5氏Stre轮ss-s谦trai饲nre纺lati杨onf拘ors锅teel山2.2.稻3上湖总刚度矩膀阵债将单元的公局部刚度堡矩阵转换秘为整体坐蕉标系下的泪刚度矩阵仁，再组合旧成整体的追刚度矩亚阵测[K鬼]缴。来2.3鹅酒计算分析灿举塑剪力墙在对水平力作峡用下的平祝衡方程为净：饲炭碎扰范泽反(9)亡式中雅，跨{岁P窗}笋和掏{伤Δ摔}匀分别是荷倦载向量和合位移向量误；败[愤K终]努为总体刚郑度矩阵。泛采用牛敬顿透-独拉弗逊法找对本平衡贺方程进行蜡非线性迭旨代，并编酬制相应的爷计算程序移，对钢筋钩混凝土剪赤力墙进行拴非线性分司析，得到谦基底剪姿力汪-洒顶点位移史关系曲线延。算例分析赚用本计算坏模型对我题们所做的盐高性能混段凝土剪力散墙试件进可行计算分位析比较。服试件的几剩何尺寸和显等效模型剃分别如饮图乱6答和概图革7摩所示。混闻凝土的抗透压强度雹为忽33.1遮3MP制a勾，抗拉强厅度欲为犯2.19梦MP帝a牵，混凝土袖的弹性模颂量亦为顾3740搂0MP疯a煌；水平钢遥筋的配筋蕉率雄为祸0.66么%煎，竖直钢欲筋的配筋夕率伶为疼0.25翁%办，钢筋的绳弹性模量穗为仓2.1×错10障5理MPa苦,需屈服强脖度速361.棕6圣MPa献。等效模闹型的各杆啄截面尺寸奸如下宫：洲新括图6试件1几何尺寸Fig.6Geometryofthespecimen1图6试件1几何尺寸Fig.6Geometryofthespecimen1叼图贺7闹阔试票件渡1拦的等效模讨型摘Fig.剃7E贩RC步oft帝hes斧peci帐men够1签图俯6僵所示为计固算结果和墨试验结果杨的比较。粱图述6P蝴-流Δ某关系曲线蜘的计算与限试验结果多对比捎Fig.仆6Co雨mpar灶ison侮of违anal拾ytic至ala岩nde此xper努imen依tal膛P-扭Δ择rel愈atio援ncu逗rves百of润spec农imen册s4结论环通过计算样结果与试饱验结果的鹿比较，说殿明该等效元钢筋混凝隆土模型的联有效性。写且该模型碑单元数目宅少，计算迁简便，便然于应用。淡但其也有监不足之处淘，在模型径选取高宽揉比泡k回时根据试抗验得到，趋不便于实隔际中直接发得到。等参考文献渐：槽[1]寿陈勤青,结钱稼茹葡,投李耕勤裙.姥剪力墙受咽力性能的倦宏模型静牧力弹塑性图分析锐[J]旧.送土木工程蒸学报耀.200陷4,37乔(歼3思):35沙-43旬[腿2虎]突列陈沿亦粒,丑何勇出毅胸,德蒋欢惧军赚.翅剪力墙结至构计算模补型分执析构[J]畏.荡四川建筑作科学研偏究渡,200夸1,担27送(衔1)兰：壶11-1慨[3恐]叔蒋欢毯军摆,脏吕西雀林体.昂一种宏观间剪力墙单腾元模型的誓应用研究说[J]昌.黄地震工程彩与工程振绢动，吃2001终,达23滚(枝1贿)驾：谋38-4锋3联[4传]大过镇海，饲时旭厦东馆.凶钢筋混凝爽土原理和荒分诵析熊[M]椒.联北京：清胁华大学出环版社呢，疯2005染[5]喊J.Ma洞zars亿,P.K央otro病nis,辽L.Da商venn帅e.A显new票mode酬llin赶gst孩rate属gyf批ort印heb锋ehav深iour嫩of溜shea隆rwa式lls斯unde斧rdy竿nami友clo且adin慧g震[J]突.Ea宅rthq瓜uake关Eng搏ngS亭truc阔t.D狭yn.祸2002演,31:还937-厉954榨[6]轿P.Ko达tron挣is,J筝.Maz素ars,以L.Da春venn点e塌.况The编equi跟vale柿ntre桌info喉rced翻con别cret纲emo志del者for时simu版lati波ngth狐ebe颜havi麦oro照fwa甘lls牲unde苍rdy称nami改csh剧ear笔load怪ing播[J].农Engi社neer创ing女Frac牛ture芦Mech及anic究s雀,糊2003密,70促:万108窑5黄–破1097英[7]赢Hren孙ni