剪力墻正截面及斜截面承載力研究

【摘要】剪力墻破壞形態(tài)分為正截面受彎和斜截面受剪破壞，需對(duì)剪力墻正截面承載力與斜截面承載力分別進(jìn)行計(jì)算，本文針對(duì)我國現(xiàn)行規(guī)范剪力墻承載力公式進(jìn)行了研究，分析影響受彎、受剪承載力的因素。

The shear wall failure pattern can be divided into normal section flexural and shear failure for inclined section， for shear wall bearing capacity of normal section and inclined section bearing capacity is calculated respectively， based on our current specification shear wall bearing capacity formulas are studied， analysis the influencing factors of bending， shear bearing capacity.

【關(guān)鍵詞】剪力墻；正截面受彎承載力；斜截面受剪承載力

Shear wall， flexural bearing capacity of normal section， oblique section shear bearing capacity

【中圖分類號(hào)】TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

剪力墻在剪力作用下，會(huì)出現(xiàn)斜截面剪切破壞，破壞模式有斜壓破壞、剪切滑移破壞、剪壓破壞或者斜拉破壞。通過控制截面尺寸可以有效避免出現(xiàn)斜壓破壞，設(shè)置斜向交叉筋可以控制剪力墻的剪切滑移破壞，通過規(guī)范中受剪承載力計(jì)算，可以有效控制剪力墻的剪壓破壞。在豎向力作用下的剪力墻會(huì)出現(xiàn)正截面彎曲破壞，破壞形式有大偏心受壓破壞和小偏心受壓破壞，可以通過規(guī)范中承載力計(jì)算公式有效控制正截面受彎破壞。

1 剪力墻正截面破壞特征及承載力計(jì)算公式

現(xiàn)行規(guī)范中的正截面計(jì)算公式是根據(jù)平截面假定，采用平衡方程進(jìn)行計(jì)算，并經(jīng)過簡化的近似計(jì)算公式。當(dāng)豎向力的偏心率（偏心距與截面有效高度的比值）較大，受拉鋼筋配筋較少時(shí)，隨著豎向荷載的增加，受拉區(qū)混凝土產(chǎn)生水平裂縫，裂縫逐漸開展延伸，接近破壞荷載時(shí)，受拉鋼筋屈服，受壓區(qū)面積逐漸減小，混凝土壓應(yīng)力增大，最后混凝土壓碎，墻體破壞。此時(shí)，受壓區(qū)的縱向鋼筋也可能達(dá)到受壓屈服強(qiáng)度。破壞過程和特點(diǎn)與適筋梁的雙筋截面受彎相似，預(yù)兆明顯，為延性破壞。

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010—2010）[1]公式（6.2.10-1）、（6.2.10-2）、（6.2.10-3）和（6.2.10-4）計(jì)算剪力墻正截面受彎承載力；矩形、T形、I偏心受壓剪力墻可根據(jù)現(xiàn)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）[2]公式（7.2.8-1）、（7.2.8-2）、（7.2.8-3）、（7.2.8-4）、（7.2.8-5）、（7.2.8-6）計(jì)算正截面受彎承載力。

2 剪力墻正截面受彎承載力影響因素

現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式及以往試驗(yàn)研究成果表明，影響剪力墻正截面承載力的因素有偏心距、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、剪跨比、軸壓比、配筋率、鋼筋強(qiáng)度、約束箍筋的范圍和數(shù)量、邊緣約束構(gòu)件等。

偏心距越大，墻體的承載力越??；混凝土強(qiáng)度對(duì)剪力墻正截面承載力的影響很大，就普通混凝土而言，混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高，正截面承載力增大；剪跨比是影響剪力墻正截面承載力的重要因素之一，剪跨比較小時(shí)，剪跨比越大，承載力越大，對(duì)大剪跨比剪力墻而言，試驗(yàn)研究了剪跨比為1.0、1.5、2.1和3.0的剪力墻承載力變化，隨著剪跨比的增大，承載力減小，且剪跨比為1.0時(shí)，剪力墻發(fā)生的是剪切破壞，剪跨比為1.5時(shí)，試件發(fā)生彎剪破壞，剪跨比為2.1時(shí)，試件出現(xiàn)彎曲破壞。

軸壓比較小時(shí)，剪力墻破壞形態(tài)為剪壓破壞，破壞時(shí)，邊緣構(gòu)件豎向鋼筋達(dá)到抗拉強(qiáng)度，受壓側(cè)混凝土達(dá)到抗壓極限強(qiáng)度。軸壓比較大時(shí)，受壓一側(cè)混凝土壓碎，接近破壞狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)受拉裂縫，端部縱筋受壓屈服。試驗(yàn)研究表明，軸壓比為0～0.6之間時(shí)，剪力墻受力狀態(tài)是大偏壓，混凝土的極限壓應(yīng)變和受拉區(qū)鋼筋的屈服應(yīng)變對(duì)承載力起關(guān)鍵作用，隨著軸壓比增大，正截面承載力增大，軸壓比在0.6～1.0之間時(shí)，剪力墻受力狀態(tài)為小偏壓，混凝土極限壓應(yīng)變很大程度上決定正截面承載力，豎向壓力和水平荷載共同作用在受壓區(qū)混凝土，軸壓比越大，水平荷載越小，即正截面承載力越小[3]。

試驗(yàn)研究表明，剪力墻中縱向鋼筋配筋率越大，正截面承載力越大，配筋率增長到一定程度，承載力不會(huì)隨著增大，主要是混凝土極限壓應(yīng)力起作用。邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋配筋率與墻體縱向鋼筋配筋率對(duì)承載力影響類似，無邊緣構(gòu)件的剪力墻承載力明顯降低。

邊緣構(gòu)件的箍筋對(duì)剪力墻的延性有較大影響，對(duì)承載力影響不大，配箍特征值較大時(shí)，剪力墻水平極限位移較大，鋼筋達(dá)到屈服，斷裂，墻體破壞，承載力增大不明顯。

試驗(yàn)證明，水平荷載的形式對(duì)剪力墻的極限承載力影響不大，往復(fù)荷載與單調(diào)荷載作用下的墻體正截面受彎承載力比較接近。

3 剪力墻斜截面承載力計(jì)算公式

我國現(xiàn)行規(guī)范中的剪力墻斜截面承載力是根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立的，包括中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)研究所做的12片剪力墻抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)和國外剪力墻抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。

剪力墻斜截面偏心受壓時(shí)的受剪承載力按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010—2010）公式（6.3.21）與《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）公式（7.2.10-1）、（7.2.10-2）計(jì)算。

4 剪力墻斜截面受剪承載力影響因素

現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式及以往試驗(yàn)研究成果表明，影響剪力墻斜截面承載力的因素有混凝土強(qiáng)度等級(jí)、剪跨比、軸壓比、配筋率、鋼筋強(qiáng)度、約束箍筋的范圍和數(shù)量、邊緣約束構(gòu)件等。

混凝土強(qiáng)度對(duì)剪力墻斜截面承載力的影響很大，就普通混凝土而言，混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高，斜截面承載力增大，我國的89規(guī)范以及74規(guī)范斜截面承載力計(jì)算公式均以混凝土抗壓強(qiáng)度為計(jì)算指標(biāo)，適應(yīng)于低強(qiáng)度的混凝土剪力墻，02規(guī)范和10規(guī)范以混凝土抗拉強(qiáng)度為計(jì)算指標(biāo)，適應(yīng)于普通混凝土和高強(qiáng)混凝土；剪跨比是影響剪力墻斜截面承載力的重要因素之一，也影響墻體的破壞形態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果表明，剪跨比越大，受剪承載力越小，剪跨比小于1.5時(shí)，剪力墻受剪承載力隨剪跨比變化較明顯，剪跨比大于2.0時(shí)，剪力墻受剪承載力受剪跨比影響不大[4]。

剪跨比相同時(shí)，軸壓比越大，剪力墻受剪承載力先增大后減小，軸壓比小于0.2時(shí)，承載力隨著軸壓比增大而增大，軸壓比大于0.2時(shí)，受剪承載力隨著軸壓比增大而降低。低軸壓比情況下，豎向壓應(yīng)力可以減小破壞面的應(yīng)力，延緩裂縫的出現(xiàn)，減小裂縫的寬度和延伸長度，混凝土受壓區(qū)面積增大，受剪面積增大。高軸壓比情況下，墻體破壞形態(tài)有所不同，剪力墻出現(xiàn)小偏心受壓破壞，豎向荷載越大，會(huì)過早導(dǎo)致受壓區(qū)混凝土應(yīng)力過大而壓碎。

邊緣構(gòu)件對(duì)剪力墻斜截面承載力影響顯著，隨著約束作用的逐步加強(qiáng)，承載力不斷增大，墻體的延性降低，主要原因是端部約束作用使剪力墻剪切變形比例增大，發(fā)生剪切脆性破壞。試驗(yàn)研究表明，剪力墻中縱向鋼筋配筋率對(duì)斜截面受剪承載力的影響不大，小剪跨比剪力墻豎向鋼筋有增大受剪承載力的作用。邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋配筋率越大，墻體受剪承載力越大，縱向鋼筋對(duì)墻體起銷栓作用，限制其變形發(fā)展。

墻體中剪切裂縫主要是因?yàn)橹骼瓚?yīng)力的存在，接近45°方向，約束邊緣構(gòu)件是剪切裂縫易于貫通的部位，設(shè)計(jì)時(shí)宜加強(qiáng)，日本規(guī)范中體現(xiàn)了邊緣構(gòu)件的箍筋對(duì)剪力墻受剪承載力的影響。

試驗(yàn)證明，水平荷載的形式對(duì)剪力墻的極限承載力影響較小，往復(fù)荷載比單調(diào)荷載作用下的墻體斜截面受剪承載力降低10%以內(nèi)[5]。

5 結(jié)語

本文論述了剪力墻正截面承載力與斜截面承載力計(jì)算公式以及影響承載力的因素，結(jié)合以往試驗(yàn)，規(guī)范中計(jì)算公式偏于保守，應(yīng)適當(dāng)對(duì)規(guī)范中公式修正。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 李宏男， 李兵. 鋼筋混凝土剪力墻抗震恢復(fù)力模型及試驗(yàn)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)， 2004（5）： 36- 39.

[4] 陶松平. 鋼筋混凝土剪力墻正截面及斜截面承載力分析[D]. 西安：西安建筑科技大學(xué)， 2008.

[5] 宋世研， 葉列平. 中美混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范構(gòu)件正截面受彎承載力的分析比較[J]. 建筑科學(xué)， 2007（7）： 28- 30.