日文翻译反应堆建筑物中小开口对剪力墙强度和刚度的影响

反应堆建筑物中小开口对强度和剪力墙刚度的影响摘要：一共对26个样品进行了试验用以检测小开口对反应堆建筑物强度和剪力墙刚度的影响。被测试的参数包括形状，数量和开口安置的地方，以及在开口周围加固方法等。施加在标本上的反向循环荷载、它们的强度和恢复力特点被用来相互比较以此来理解这些参数的影响。根据试验结果，用来预测有多个小开口墙体抗剪强度的两种方法得到检验。一种方法是按照假定的故障线路直接计算强度，另一种方法是在设计时允许估计强度折减系数，同时考虑到开口的影响。两种方法对于估计剪力墙的大致强度都是很有用的。它也表明，这种僵硬的墙壁可以使用一种混合多弹簧模型进行评价。在加强开口周围强度的各种方法中，通过讨论提出加强和有效性的方法，即通过加固墙壁强度是有贡献的一种简单的方法。引言：在反应堆建筑物中由于渗透管道或其他要求不可避免地要有许多开口。当一堵墙里存在大量开口时，即使开口的尺寸相对其墙体的尺寸较小，根据开口的大小数量和形状的不同，这些开口也能影响剪力墙的结构性能，造成削减其强度，刚度和变形能力的影响。在日本相应的建筑学会（AIJ）标准（AIJ1998），只有一个开口的剪力墙强度的减少程度是通过水平截面较大的价值损失率或开口面积与墙体表面积比值的平方根来评价的。此外，1.0减去这个值是为设计实践定义的强度折减系数。然而，这种减少的因素不能适用于墙体上有大量的小开口的情况。因此，在日本现行的做法，在每个开口处加强设置以确保抗剪强度等于或超过墙体不开口时的强度。这会导致开口附近配筋的相互拥挤。核工程设计156（1995）17-27小林学者等人（图1）开口尺寸大小和位置（单位：毫米）与此相反，当墙体存在一个大开口时，比如位于隔离墙体中的一个机械门或者空气锁时，隔离墙本身就是精心设计的，同时考虑到开口的影响，借助于先进的程序，如有限元模型进行分析。为了确定一个能够估算小开口和分组开口剪力墙强度减少程度的方法，并提出在开口处简单有效的加固方法，采用了26个墙体样品进行加载试验。2.试验大纲所有墙体样本的厚度，长度和剪跨比均分别为15厘米，200厘米和0.6，如图1所示。为了加强墙体强度，在间距10cm的横向和竖向采用一对D10的直杆件，所有的样本都选用相同的0.95%的加强比的杆，为防止一些钢筋在开口处中断，在开口处设置了更多同样型号的钢筋。小林艾拉学者/核工程设计156(1995)17-27当钢筋杆的屈服强度是397-417Mpa时，它的抗压强度为27.3-43.5Mpa,均值和标准差分别为34.1和4.25兆帕。这些材料的特性概述在表1中。弹性模量的具体的均值和标准差分别是23.9×1000和2.06×1000Mpa。标本分为三类，即OF,OA,OR系列。每个标本开口的放置比较如图1所示。在OF系列中，有些开口被位于标本中高度位置的狭缝所取代，因此，在横截面可以研究这一基本效果的损失率。在这项研究中，损失率是指最大的开口面积与总的墙体横截面积的比值。第二个系列（OA办公自动化）基本上有一个固定的20%损失率，它的目的是研究开口形状，位置和数量的影响。它们是一组彼此密切联系的小开口情况的代表，虽然标本开口的大小不一定适合反应堆建筑物的实际情况。对于OR系列，选定开口的尺寸和位置以模拟在实际反应堆建筑物中剪力墙，以及直接检测小开口的影响。与此同时，开口周围的两种类型加强方法适用于标本OR3和OR4,每一种加强方法效率都被仔细检查。一种加固方法是在共同执行活动标准下（AIJ，1988）（标本OR3）指定的常规使用方法。该标准要求开口处配筋有足够的强度以承载开口造成的额外对角线张力。另一种加固方法是一种简化的方法，可以避免开口周围（标本OR4）钢筋的拥挤。X型的加固放置在被假想形成的开裂线附近。配筋的数量是由弥补预测强度的减少量所决定的。试样OX1与样本OA5有相同的开口，并且在开口周围有同样的简化加固方法，它被作为一个特殊的情况。由于样本OA5有相当折减效力，新的方法预计将清楚的解决这种情况下的作用。更多的开口处加固方法在图2中做了对比。相反的偱环荷载，会相应的产生0.0005-0.01rad的转角，它们都适用于标本。它们的回复力特性和配筋的张力得到检测。加固：2-D10OR-3传统加固手段非专门加固：2D-10OR-4(X型加固)加固：2-D13图2：开口附近进一步加强小林学者等人。核工程设计156（1995）17-273.实验结果3.1强度折减在比较每个样品的折减强度之前，每个标本的观测强度应进行修改，同时考虑到不同材料标本的强度不同。在这篇文章中，观测强度cQ与理论强度cQ1的比率作为强度折减指数。在理论计算时，实际的材料强度和早先采用的研究方法（Yoshizaki，1985），忽略了墙壁上开口的影响。所以样品OF1就是没有开口的正常情况下的比率，即为1.0。比率的影响因素eru，定义为“观测强度折减因素”。这些观测强度折减因素被列在表1中，表中同时列出了水平横截面的损失率。在表1中通过观测到的减少因素和水平横截面的损失率相互比较，结果表明，小开口引起的强度折减比由于水平横截面的损失率引起的折减要少。同时也发现，开口的形状和位置影响强度折减的程度，即使水平横截面的损失率和/或墙面开口的总面积是一样的。例如，尽管事实上，大多数办公自动化系列（OA系列）有同样的20%损失率，强度减少的因素也各不相同从0.72（标本OA-5）至0.99（标本OA-3），观测到明显的折减超过10%在以下几种情况办公自动化系统标本OA-5,OA-6,OA-7,OA-9和OA-10。虽然样品OA-11的损失率小于2O%，标本OA-11显示了和其它五种样品类似的减少因素。标本OA-5，OA-6,OA-7和OA-8具有相同的损失率和总的开口面积，但在这些不同的标本中的减少程度不同。然而，观察到的标本OA-9和A-10有很少的不同，它们也有同样的损失率和总的开口面积。这表明，强度的减少并不仅仅取决于损失率和/或总的开口面积。标本OF-9和OA-3的比较表明另一个有趣的事实。它们减少因素的不同，仅仅取决于开口的位置。3.2．失效模式在加强剪力墙的情况下，众所周知，墙壁往往表现出剪切压缩或剪切滑移的失效模式，而不是剪切张拉的失效模式，剪切张拉的失效模式是剪力墙中很常见的普通模式。标本OF-1没有任何开口，实际上正如预期地表明这种类型的失效模式。标本OF-9也有这样的失效模式。在这种失效类型的所有墙体的表面都可以看见有许多分散的对角线裂缝。另一种类型的失效模式在标本OA-5,OA-7等情况中被发现。在这些情况中，开口的连接处形成了一个明显的失效线，好像标本包括多个墙的内容。另外，剪切墙的总的裂缝数量不像以前的情况下多。这些失效模式在图3中进行了比较。它们在表1中被列为A类（OF-1,OF-9等），B类（OF-5,OA-7等）。一般情况下，A类失效模式同B类相比，A类强度的减少是较小的。B型的失效模式主要是在办公自动化系统OA标本中被观测到，OA系列是小开口密切分布情况下的代表。这也就是说，分散的小开口可能不会影响壁体强度;然而，如果它们密集分布小开口可能会有影响。4.讨论4.1强度小林学者等人，核工程设计156（1995）17-27图3，失效模式类型预测带有许多小开口剪力墙抗剪强度的两种方法得到了研究。一条路线是一个直接的方法即估算预测失效线（cQ2）附近的强度，另一种路线的方法是估计由于小开口因素所造成的强度减少。第二种方法在设计实践中是有用的，因为没有开口的剪力墙强度可以被计算出，比如产品的减少因素cru和没有开口的墙体的传统理论强度（比如cQ1）。在第一种方法（Yoshizaki，1985年），墙体被顺着预测失效线分为几个墙体组成部分所示。每个组成部分都被计算，正如预测的，当失效线形成时2所有组成部分强度给出了一个样本的理论剪力强度。表1中列出了CQ2预测强度结果，并在图4中对cQ的观测强度进行了比较。在图4中，开平方代表出标本的价值，它显示出强度减少大于10%，充分平方代表规模较小的样本强度降低。可以这样说，这种方法适用于那些主要受开口影响的样本，但它会低估那些受开口轻微影响的标本的强度。这种方法不一定需要一个假定的失效线，有时假定的失效线是虚设的。其结果是，假定的失效线是虚设的时，这种方法会高估开口的影响。这些墙的组成部分沿着虚设的失效线通常有小的剪跨比和这种方法（Yoshizaki，1985年）往往需要给出墙的组成部分的保守力，因为这种小剪跨比剪力墙的强度相当分散。在第二个方法中，介绍了实际设计的强度折减因素，并考虑到全球应力流在墙壁上的影响。类似的方法已经经过提议（Tokuhiro，1987年），但这种方法在这项研究中是经过修改和审查的。由于认为墙体上受到的剪应力被对角线支柱所承受，墙体的强度主要是依赖于支柱能力。然而，在墙壁的开口扰乱了应力流在墙上顺利流通，这降低支柱的有效作用区域。在Tokuhiro的方法中，只有支柱形成45°方向才被假定为是有效的和可以低估强度的方法。小林学者等人，核工程设计156（1995）17-27图4，观测到预测强度进行比较图5，观察和预测减少因素进行比较然而，可能形成的有效支柱在45°方向以外的其他方向应考虑到。因此，图5中显示出在这项研究中的有效支柱。首先，墙体被通过每个开口中心的45°方向的隔界线划分为几块。然后，每个支柱的有效宽度被定义为长度方向的最小宽度。给与修正的有效面积变得有点大于用Tokuhito方法获得数据。通过这种方法得到的估计强度折减因素列于表1中作为拟议的设计因素cru。观察强度折减因素cru的值相互比较，并在图5中绘制。大部分标本计算观测值的比率下降幅度为0.90-1.10。这个方法似乎为实际设计提供了一个减少因素，再利用常规公式来预测没有开口的剪切墙的强度。4.2刚度图6，恢复力计算X型配筋承载力的剪力墙配筋模型受力情况图7X型配筋承载力的剪力墙的计算方法为了讨论标本的刚度，用一个多弹簧模型进行研究。在此方法中，隔离墙被分为多个弹簧元素，同样的直接强度评价方法和恢复力特性的要素被通过早期的研究（Forukawa，1987年）所确定，这项研究确定在核反应堆建筑物有大量钢筋的剪力墙恢复力特性。最终的0.4%剪切变形被被定义，剪力，剪应变的关系在研究报告被提出。在小剪跨比的墙体中剪切变形与占主导地位。在这个项目中所有被测试的标本有相同的0.6的剪跨比;因此，对于所有情况该比率达到0.7或以上时剪切变形占主要地位。此外，弯曲变形似乎对所有的标本是有相同的影响，因为所有试样标本具有相同的加强比率和抗弯能力。因此，在这里比较剪切变形特点，因为这似乎是足以检测在试件恢复力特性上小开口的影响。在图6中显示了采用弹簧元素的假定方法，使用标本OA-5作为一个例子。每个标本的恢复力一步一步地被计算出，这样总的恢复力的所有要素被计算出。一些结果在图6被显示出来。可以说，这样的墙壁的刚度可以通过弹簧模型大致被计算出来。4.3加固效应围绕开口进行常规的加强的作用被OR-3的实验结果所证实，因为与没有开口的标本OF-1相比，它具有更大的强度值。简化加强的效用在标本OA-5,OX-1,OR-2,OR-4的基础上进行了比较。假设一个双线性应力应变关系，钢筋的拉伸强度可以通过光盘在测试期间被大致记录下来，尽管Bauschinger效应被忽视了。图7显示的方法过去常常用于计算X形加强剪力墙的剪切力。图8显示了样品OX-1和OR-4的计算值。样本开口强度的应力随变形的增加而增加，并最终达到屈服强度。在图9中，样品OX-1和OR-4的骨架曲线同OA-5和OR-2进行了比较，OA-5和OR-2没有任何X型加强。它们之间的不同在于在剪切荷载下还给予了直接的有效的加强。尽管这两个结果不一定相互适合，它可以可以说，该方法是有效的，至少在改进变形能力方面。然而，强度试样OX-1或OR-4的强度不能通过样本OA-5或OR-2的最大体积和X型加强开口的最大体积方法进行简单估算。这是因为在一个特定的时期他们的最大能力出现差异。5结论预测带有许多小开口剪力墙强度和刚度的方法在26个样品的实验结果上进行了讨论。小开口周围的加强效应得到了检测。实验结果得到以下的结论。小开口剪力墙中强度的减少不能简单地通过水平截面的损失率进行评价。疏散小开口几乎不影响墙的强度，但它们的位置影响墙体的强度。由假想墙体失效线所取得的强度预测同实验结果相吻