整體鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件破壞形態(tài)判定標(biāo)準(zhǔn)探討

■肖啟艷，李國(guó)太，郭陽明，勞曉春

■1.九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 九江 332007;2.佛山市新城開發(fā)建設(shè)有限公司，廣東 佛山 528000

對(duì)給定參數(shù)的整體鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件的破壞形態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確判定是進(jìn)一步研究剪力墻結(jié)構(gòu)在地震作用下的抗震性能及其基于性能的抗震設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。剪力墻構(gòu)件的破壞形態(tài)同時(shí)受外力作用和剪力墻構(gòu)件本身配筋情況的影響，因此僅以剪跨比或彎剪比來判定剪力墻構(gòu)件的破壞形態(tài)都是不符合實(shí)際情況的。本文詳細(xì)闡述了各因素對(duì)剪力墻破壞形態(tài)的影響，分析了國(guó)內(nèi)外76 片整體鋼筋混凝土剪力墻的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合考慮外力作用和剪力墻構(gòu)件本身實(shí)際承載能力的影響，提出了以剪跨比λ、軸壓比μ 和彎剪比m 三個(gè)參數(shù)判定整體鋼筋混凝土剪力墻破壞形態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。

1 剪力墻破壞形態(tài)影響因素分析

(1)剪跨比。剪跨比是影響剪力墻構(gòu)件破壞形態(tài)的一個(gè)重要因素。剪力墻構(gòu)件剪跨比較小時(shí)以受剪為主，一般發(fā)生剪切破壞;剪跨比較大時(shí)以受彎為主，一般發(fā)生彎曲破壞;剪跨比居中時(shí)則以彎剪混合受力為主，易發(fā)生彎剪破壞。

(2)軸壓比。軸壓比μ 是剪力墻所受到的軸向力與其實(shí)際抗壓能力的比值，軸壓比的大小直接影響剪力墻的相對(duì)受壓區(qū)高度的大小，其變化會(huì)影響剪力墻的破壞形態(tài)。試驗(yàn)表明［1］，軸壓比較小的剪力墻構(gòu)件在破壞前有足夠的塑性變形，多表現(xiàn)為延性彎曲破壞或彎剪破壞;軸壓比較大時(shí)，較大的軸向應(yīng)力抑制了墻體裂縫的開展，裂縫還未開展墻體就已破壞，這類剪力墻破壞前無明顯預(yù)兆，為脆性破壞。

(3)實(shí)際配筋的彎剪比。實(shí)際配筋的彎剪比是指根據(jù)實(shí)際配筋計(jì)算得到的剪力墻構(gòu)件的抗彎能力與抗剪能力的比值(以下簡(jiǎn)稱彎剪比)，可用以下公式表示:

式中:Mu、Vu—分別表示根據(jù)實(shí)際配筋計(jì)算得到截面抗彎能力和截面抗剪能力;H—剪力墻構(gòu)件頂端施加水平荷載位置的高度。

彎剪比是影響剪力墻構(gòu)件破壞形態(tài)的另一個(gè)重要的因素，實(shí)際的剪力墻構(gòu)件同時(shí)承受著壓、彎、剪三種作用，當(dāng)剪力墻構(gòu)件截面的實(shí)際抗彎能力明顯大于抗剪能力時(shí)發(fā)生剪切破壞，當(dāng)實(shí)際抗彎能力小于抗彎能力時(shí)則發(fā)生彎曲破壞，兩者差不多時(shí)，可能發(fā)生彎剪破壞［2］。

(4)剪力墻構(gòu)件約束情況及配筋。增強(qiáng)邊緣構(gòu)件的約束作用和增大邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋配筋率使剪力墻構(gòu)件的彎剪比增大，易使剪力墻構(gòu)件產(chǎn)生剪切破壞。增加約束區(qū)的配箍量可增強(qiáng)對(duì)壓區(qū)混凝土的約束，降低受壓區(qū)混凝土的破壞程度。配置一定數(shù)量的豎向分布筋可提高開裂后剪力墻的抗彎承載力，使裂縫數(shù)量增多而細(xì)，利于抗震。增加水平分布筋配筋率可減小彎剪比，使剪力墻構(gòu)件避免發(fā)生斜拉破壞和剪壓破壞兩種剪切破壞。

剪力墻構(gòu)件約束情況及配筋的變化最終都要反映到剪力墻構(gòu)件彎剪比的變化上來，因此剪力墻構(gòu)件約束情況及配筋對(duì)剪力墻構(gòu)件破壞形態(tài)的影響可通過彎剪比這一參數(shù)來反映。

2 剪力墻構(gòu)件破壞形態(tài)分析及現(xiàn)有判定標(biāo)準(zhǔn)

2.1 剪力墻構(gòu)件破壞形態(tài)分析

剪力墻構(gòu)件的破壞形態(tài)可分為剪切破壞、彎剪破壞和彎曲破壞三種類型。

低矮剪力墻構(gòu)件及抗剪鋼筋配置不足的剪力墻構(gòu)件容易發(fā)生剪切破壞，剪切破壞包括斜拉破壞、剪壓破壞、斜壓破壞和剪切滑移破壞幾種破壞模式。

彎剪型破壞是中高剪力墻構(gòu)件常見的破壞形式，在彎矩和剪力的共同作用下，先在剪力墻構(gòu)件底部出現(xiàn)兩側(cè)水平裂縫，然后水平裂縫向墻體中部發(fā)展成為彎剪斜裂縫，并向墻底延伸，在墻體中部形成明顯的交叉斜裂縫。

彎曲破壞主要是因剪力墻構(gòu)件底部受拉側(cè)鋼筋拉斷或受壓區(qū)混凝土壓潰而破壞，可分為延性彎曲破壞和脆性彎曲破壞。軸壓比較小時(shí)多為延性彎曲破壞。軸壓比較大時(shí)多為脆性彎曲破壞。

2.2 現(xiàn)有的剪力墻構(gòu)件破壞形態(tài)判定標(biāo)準(zhǔn)

(1)以剪跨比大小判定。文獻(xiàn)［4］中認(rèn)為:剪力墻構(gòu)件的剪跨比λ＞2 時(shí)，發(fā)生彎曲破壞;剪跨比λ ＜1 時(shí)，發(fā)生剪切型破壞;剪跨比λ 介于1 到2 之間時(shí)，發(fā)生彎剪破壞。中國(guó)建筑科學(xué)研究院［5］1975 年做的鋼筋混凝土剪力墻剪力墻試驗(yàn)中的剪跨比為3 的SW -14 試件，其混凝土強(qiáng)度及配筋都滿足要求，但在試驗(yàn)過程中卻發(fā)生了典型的剪壓破壞。其他一些研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者所做試驗(yàn)也有類似情況出現(xiàn)，因此，單憑鋼筋混凝土剪力墻剪力墻的剪跨比大小來判定其破壞形態(tài)并不可靠。

(2)以彎剪比大小判定。劉伯權(quán)等［2］用彎剪比來判定剪力墻的破壞形態(tài)，定義m ≤0.9 為彎曲型破壞、0.9 ＜m ≤1.1 為彎剪型破壞、m＞1.1 為剪切型破壞。有研究表明，對(duì)于滿足抗剪承載力最小截面尺寸要求而剪跨比很小的頂部受水平集中力的整體鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件來說，其彎剪比很小的情況下仍有可能發(fā)生剪切破壞，因而單以彎剪比為標(biāo)準(zhǔn)來判定鋼筋混凝土剪力墻剪力墻的破壞形態(tài)也是不可取的。

3 本文提出的標(biāo)準(zhǔn)

上述分析表明，僅以剪跨比或彎剪比來判定剪力墻構(gòu)件的破壞形態(tài)不符合實(shí)際。剪力墻構(gòu)件的破壞形態(tài)同時(shí)受外力作用及其本身截面和配筋的影響，剪跨比、軸壓比和實(shí)際配筋的彎剪比對(duì)鋼筋混凝土剪力墻剪力墻破壞形態(tài)影響較大，因此，本文將采用剪跨比λ、軸壓比μ 和彎剪比m 來判定單片懸臂鋼筋混凝土剪力墻剪力墻的破壞形態(tài)。

圖1 剪力墻試件破壞形態(tài)與λ 和m 的關(guān)系

圖2 2.0 ≤λ 時(shí)剪力墻試件破壞形態(tài)與μ 和m 的關(guān)系

圖3 剪力墻試件破壞形態(tài)與λ 和μ 的關(guān)系

本文確定剪力墻構(gòu)件的彎剪比m 時(shí)，Mu據(jù)《高規(guī)》［3］第7.2.8 節(jié)中對(duì)于偏心受壓剪力墻在無地震作用組合時(shí)的相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算;Vu則據(jù)第7.2.11 節(jié)中對(duì)于偏心受壓剪力墻在無地震作用組合時(shí)的受剪承載力計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。本文收集了76 片國(guó)內(nèi)外鋼筋混凝土剪力墻剪力墻試件數(shù)據(jù)，在分析各因素對(duì)剪力墻構(gòu)件破壞形態(tài)影響的基礎(chǔ)上，結(jié)合剪力墻試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析剪跨比、彎剪比和軸壓比對(duì)剪力墻試件破壞形態(tài)的影響，如圖1、圖2、圖3。由圖1 可知:大部分剪跨比大于等于2.00 且彎剪比小于1.00 的剪力墻試件以彎曲破壞為主。剪跨比小于1.00 時(shí)，即使彎剪比小于1.00，剪力墻試件仍以剪切破壞為主;剪跨比小于2.00 且彎剪比大于1.00 時(shí)剪力墻試件以剪切破壞為主。不在上述情況中的剪力墻試件則以彎剪破壞為主。由圖2 可知:2.0 ≤λ 時(shí)，彎剪比大于1.00 的剪力墻試件基本上以剪切破壞和彎剪破壞為主;μ ≤0.5 且m ≤0.9 的剪力墻試件基本以彎曲破壞為主;μ ＞0.5 且0.7 ＜m≤0.95 時(shí)剪力墻試件基本以彎剪破壞為主。由圖3 可知:2.0 ≤λ 時(shí)，軸壓比對(duì)剪力墻破壞形態(tài)的影響趨于明顯。

表1 剪力墻構(gòu)件破壞形態(tài)的判定標(biāo)準(zhǔn)

通過以上分析，偏于安全地考慮提出如表1 所示剪力墻構(gòu)件破壞形態(tài)的判定標(biāo)準(zhǔn)。采用該判定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)76 片剪力墻試件進(jìn)行判定，發(fā)現(xiàn)判定結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的吻合程度達(dá)80%以上。

4 結(jié)論

本文首先分析了各因素對(duì)整體剪力墻構(gòu)件破壞形態(tài)的影響，得出剪跨比、軸壓比和彎剪比三個(gè)參數(shù)對(duì)剪力墻構(gòu)件的影響較大。然后對(duì)剪力墻構(gòu)件的三種破壞類型進(jìn)行了分析，指出了僅以剪跨比或彎剪比來判定剪力墻構(gòu)件破壞形態(tài)存在的不足。最后通過對(duì)76 片整體剪力墻試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出了以剪跨比、軸壓比和彎剪比三個(gè)參數(shù)判定整體鋼筋混凝土剪力墻破壞形態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，為較為準(zhǔn)確地判定整體鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件破壞形態(tài)提供了參考。

［1］R.K.L.Su，S.M.Wong.Seismic behaviour of slender reinforced concrete shear walls under high axial load ratio［J］.Engineering Structures，2007，29(8):1957 -1965.

［2］劉伯權(quán)，錢國(guó)芳，童岳生.高層剪力墻的強(qiáng)度及變形性能的研究［J］.西安冶金建筑學(xué)院學(xué)報(bào)，1989，21(1):10 -18.

［3］JGJ 3 -2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［4］張譽(yù).混凝土結(jié)構(gòu)基本原理［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

［5］中國(guó)建筑科學(xué)研究院，北京市建筑設(shè)計(jì)院等.鋼筋混凝土剪力墻試驗(yàn)研究，1975.