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)觉腥迅越图换1箩刊两种形式的框宝架方法升Fig.1劲Twop凉attern狭soft陕hefra赚mework酒metho染d黎本模型采用形兆式君（鼠a在），因为它相避对于形违式孙(b园)辜计算简单，而暖且单元数目少块。耻Mazar珠s仅等人的钢筋混陆凝土等效模型蜻是将混凝土单知元行（的C克）和水平与竖怎向钢筋践（察S已V祝,S督H搏）分别来模拟描的数[5]乞，如精图磁2拐所示。本模型债对其进行改进蛋，将钢筋单元塔分散到混凝土炸单元中，作为划一个整体的模嫁型来计算，如杨图谅3禾所示。舱德贺术颠唐图浇2Maz踢ar言s拼等的等效模型匀Fig2.犁Reinf厘orced铁concre搂teequ断ivalen鹊tmode持l(ERC党)时—垂Mazars严图双3检添改进模型怜Fig3.傻Modif畜iedER哪Cmode浙l脂2.2竞过刚度矩阵坛饥棉单元杆件的刚洪度矩阵笔川餐本模型为杆件英结构，只对单冶根杆件刚度矩游阵进行推导。疗根据虚位移原呼理，时，杆件单元上虎如有虚位移隐，必有虚应兼变恒，逃则晓陆新恶眯璃（药3滋）式中，。虚应变称彩竿屋谈姑（钥4燥）外虚功协拌滴烂蛋（流5扒）于是印芝仇兽火拳牢领下菜贺(6)射各锈魂击画祖属穷浊拢疫(7叶)梨其中悬，题[隶D银]顿为材料的应汁力莫-锻应变关系矩阵棋。头杰贱恐碌本构关系鸡混凝土的本构裳关系采用高性糖能混凝土少的律Kent-P谜ar咸k闪应煌力留-腐应变关系副[8]躬(孟图超4),期覆其由上升段曲书线和下降段的堂直线组成，假异定约束混凝土沃的抗压强度和瓦峰值应变都与泄素混凝土相等拒（励）逝,挣上升段曲线也挎相同，采用酸Hognes羞tad段的二次式专,夺下降段的斜线绵由霞处的应变确定租。要赶表泳电(8)颗子信式中：明―炮―而混凝土的圆柱峡体抗压强度，榆；概仪持迈―给―屡横向箍筋对核耕心混凝土的体重积率，当饺时，即为无约向束混凝土的应迹力－应变曲线衫；杏红术―菌—辩从箍筋外皮量堡测的约束核心渗宽度；香肢逼约―领―贴箍筋间距。教钢筋的应衡力笋-终应变关系采用画双线型瓜[8]宋，如间图境5浇所示。坐先柳拴图叙4凶甜混凝土的本构啄关报系颠熊梁东宜图觉5臂唇钢筋的本构关骡系搜Fig.4吵Stres害s-stra冬inrel凶ation肚forco骆ncrete酒躺Fig.5井Stre朝ss-str毫ainre批lation尽fors洪teel申主水在总刚度矩阵碑将单元的局部街刚度矩阵转换厨为整体坐标系伤下的刚度矩阵筝，再组合成整位体的刚度矩凝阵泥[K集]朗。席2.3嫂葡计算分析尝植叼剪力墙在水平似力作用下的平污衡方程为：蚕暖煎界饺堪耻懂稀技(9)棍式中惑，当{束P倘}遭和樱{赤Δ吉}带分别是荷载向怎量和位移向量迫；矿[临K暮]熊为总体刚度矩柳阵。熊采用牛牧顿鬼-塑拉弗逊法对本凤平衡方程进行另非线性迭代，加并编制相应的快计算程序，对馋钢筋混凝土剪窄力墙进行非线燥性分析，得到仿基底剪秋力摔-泼顶点位移关系届曲线。算例分析很用本计算模型纳对我们所做的醋高性能混凝土跟剪力墙试件进择行计算分析比顿较。袭试件的几何尺锹寸和等效模型瓦分别如闻图壁6稠和按图似7厉所示。混凝土消的抗压强度径为外33.13M洒P至a孟，抗拉强度防为葱2.19MP赤a朱，混凝土的弹磁性模量星为湾37400M坐P叠a元；水平钢筋的镜配筋率桐为笛0.66把%放，竖直钢筋的沫配筋率皂为文0.25阅%帐，钢筋的弹性霉模量初为右2.稿1×10炭5为MPa馆,辩屈服强绍度痕361.6农MPa启。亲等效模型的各珠杆截面尺寸如膝下笼：梯体牢蹲茶袜粗表图6试件1几何尺寸Fig.6Geometryofthespecimen1图6试件1几何尺寸Fig.6Geometryofthespecimen1夺秃吓图舟7就兆试坦件滴1骗的等效模型炼Fig.7句ERC启ofthe渐speci苹men1窑图筹6影所示为计算结奴果和试验结果辽的比较。鬼图警6P-雪Δ妥关系曲线的计队算与试验结果幸对比贴Fig.6姥Compar鲜isono拒fanal买ytical换ande栏xperim厘ental算P-优Δ鸦relat稍ioncu匠rveso厕fspec歇imens4结论拌通过计算结果否与试验结果的真比较，说明该描等效钢筋混凝翼土模型的有效恼性。且该模型司单元数目少，顺计算简便，便险于应用。但其哥也有不足之处庙，在模型选取漂高宽芳比否k险时根据试验得纹到，不便于实撇际中直接得到貌。参考文献：蝶[1]岁陈勤放,坐钱稼茹茂,五李耕勤溜.璃剪力墙受力性霉能的宏模型静症力弹塑性分析湖[J]街.危土木工程学报谈.2004,拼37勺(脾3霉)谁:35-43球[括2尾]底询陈所亦部,砌何勇酷毅案,晕蒋欢低军傻.熟剪力墙结构计蹲算模型分落析哄[J]肿.月四川建筑科学薯研兵究垦,2001,鞋27漂(条1)逮：吃11-1款[3亡]慧蒋欢镇军蓝,忠吕西终林圾.袭一种宏观剪力宇墙单元模型的砖应用研究跨[J]已.享地震工程与工盐程振动，仙2001舱,洁23破(狂1朝)尝：消38-43发[4岔]俭过镇海，时旭贼东督.叙钢筋混凝土原症理和分遣析析[M]提.武北京：清华大探学出版社咱，峰2005猛烈[5]和彼J.Maza迹rs,P.K求otroni抵s,L.Da驳venne.属Anew记modell课ingst欠rategy距fort效hebeh鹿aviour峡ofsh挡earwa午llsun穗derdy秀namic缩loadin饭g标[J]雁.Eart校hquake碌Engng抹Struc照t.Dyn季.2002员,31:93键7-954剩[6]熊P.Kotr袖onis,J煎.Mazar渴s,L.Da绕venne谈.单Theeq渠uivale萄nt榆话reinfo巡rcedc到oncret号emode除lfor办simula法ting搁挪the投behavi敞orof糊walls匠under王dynami迅cshea富rload到ing狱[J].侍Engine泽ering支Fractu堡re吓煌Mechan救ics世,配2003缺,70:虹108拣5搬–妇1097株翁[7]停Hrenni伪ko