复杂截面剪力墙截面承载力设计研究

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剪力墙截面设计包括承载力及延性设计,大震作用下一般不允许剪力墙进入塑性耗能减振,按力控制的构件设计较为合适,本文主要研究剪力墙截面承载力设计,并考虑延性。  采用混凝土单轴受压简化应力—应变曲线和应变线性分布的平截面假定,积分计算剪力墙截面承载力,采用骨架曲线包络截面内力方法,进行复杂截面剪力墙配筋设计。通过不同设计水准下矩形截面剪力墙截面承载力分析,指出采用承载力极限状态设计方法计算截面承载力,可近似看作按力控制构件进行设计,较为合理。通过ACI318-99、BS8110-97和JGJ3-2002等国内外规范的矩形截面剪力墙承载力骨架曲线分析,验证本文配筋方法比较安全、可靠、合理;指出《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002所提的墙身分布钢筋对剪力墙截面承载力贡献不大。  通过典型算例分析,指出复杂截面剪力墙配筋采用的分段设计方法,属于不对称配筋,可能导致“小偏压设计,大偏压破坏”,配筋效率较低,分段设计配筋偏多或偏少,不安全、不经济。通过有限元分析和屈服承载力试验研究,验证了本文方法的合理性,根据剪力墙裂缝展开、纵筋应变发展规律、筒体表面变形和破坏状态等试验现象,验证了分段设计存在的问题。建议了分段设计应用条件和调整方法,对保证分段设计的安全性较为有利。  采用曲率延性方法研究复杂截面剪力墙截面轴压比设计,指出JGJ3-2002轴压比限值直接应用于复杂截面剪力墙截面设计不够合理,建议采用名义轴压比,轴压比计算时截面不考虑受拉翼缘,限值按JGJ3-2002选取。  对复杂截面剪力墙抗剪承载力进行研究,指出JGJ3-2002给出的T形,I形截面剪力墙斜截面承载力计算方法,也适用于L形,槽形截面剪力墙,复杂截面剪力墙斜截面抗剪设计采用分段设计方法是合理的,偏于安全;通过复杂截面剪力墙压弯-剪承载力的研究,指出剪力墙增加翼缘后,对“强剪弱弯”设计较为不利。建议了复杂截面剪力墙的设计剪跨比,剪力增大系数按JGJ3-2002选取,对于剪跨比不能满足建议要求的剪力墙,建议对结构进行调整,提高剪跨比,对实现“强剪弱弯”设计目标较为有利。  通过钢筋混凝土筒体承载力试验研究,建议大震下筒体弹塑性验算时,宜满足端部纵筋拉应变基本不大于钢筋屈服应变,混凝土压应变基本不大于混凝土峰值压应力对应的混凝土压应变,对实现筒体抗连续倒塌能力设计较为有利。当考虑剪力墙的抗连续倒塌能力设计时,建议可采用钢筋屈服-混凝土弹性承载力骨架曲线对截面进行设计,较为有利。  最后通过实际工程抗震性能化配筋设计和动力弹塑性时程分析,将本文配筋方法应用于实际工程设计,较好的解决了复杂截面剪力墙配筋设计这一目前结构设计中的一个难题;筒体剪力墙分别采用小震反应谱设计和中震反应谱设计(荷载效应组合系数为1,材料强度采用标准值,抗震承载力调整系数为1),通过弹塑性分析比较,建议对筒体剪力墙宜采用中震反应谱进行设计,提高筒体设计水准,结构抗震水准会有所改善,对保证结构具有较好的抗连续倒塌能力较为有利;在中震反应谱荷载作用下,筒体剪力墙分别采用本文方法和分段设计,分段设计配筋普遍偏小,通过弹塑性分析比较,验证了分段设计不够安全合理,抗震水准有所偏低。
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