鋼板剪力墻抗震設計探討

唐柏杰

江蘇城鄉(xiāng)建設職業(yè)學院 江蘇 常州 213147

1、前言

板材剪力墻結(jié)構(gòu)是20世紀70年代發(fā)展起來的一種新型橫向阻力結(jié)構(gòu)體系。狹縫壁元件由嵌套的鋼板，垂直邊緣構(gòu)件和水平邊緣構(gòu)件組成。在過去的30年里。通過對主水平反應系統(tǒng)鋼板墻的試驗研究和數(shù)值分析，揭示了其獨特的性能，包括較大的初始彈性剛度，較大的變形能力，良好的塑性和穩(wěn)定的滯回特性。板料剪力墻已成為一種很有前景的高水平反應系統(tǒng)。到目前為止，已有數(shù)十棟建筑采用鋼板和剪力墻作為反應結(jié)構(gòu)，主要分布在北美，日本等地區(qū)的高強度地震地區(qū)。

2、鋼板剪力墻

在過去的30年中，鋼結(jié)構(gòu)墻的研究可分為兩類：鋼筋和非鋼筋。鋼筋墻通過提供縱向和橫向加強筋來防止過早彎曲，但增加了設計和制造成本。焊接引起的殘余應力和變形對墻板的力學性能有很大影響。雖然鋼筋墻過早彎曲，但其強度可達到屈曲載荷的10倍。在70年代初期，在加拿大和美國，學者們做實驗研究，并在四邊形連接薄壁剪力墻體系的理論分析許多成就，以及其抗震性能。研究表明，鋼壁滯回曲線具有一定的夾緊收縮率，能耗不理想，其承載力主要受斜向彎曲的影響，因此，后期承載力并沒有明顯降低，但框架梁和固定邊界柱對與鋼板相關(guān)的剪力墻性能影響顯著。受拉區(qū)沿對角線方向形成剪力墻面板，產(chǎn)生大量框架柱附加彎矩，可能導致框架柱和框架板過早破壞，嚴重影響剪力墻抗震性能。為了消除依賴鋼板剪力墻的列，避免過早失效的框架柱和滿足強列和弱梁的設計標準，雪和htHl學者首次提出連接鋼板剪力墻的兩面。美國1994(鋼板只與框架梁用高強度螺栓或焊接接頭連接)。通過數(shù)值分析，結(jié)果表明，雖然剪力墻和鋼板兩側(cè)的承載力和剛度均有一定程度的降低，但剛度可以通過調(diào)整大跨高厚比進行調(diào)整。加勁肋用于調(diào)節(jié)整個結(jié)構(gòu)體系的剛度，它更適合基于抗震性能的設計要求，更方便設置門窗開口位置，他的磁滯性能改善鋼壁，剪切變形和彎曲變形，因此能量耗散，延性等都有所改進，2003年首次提出日本Hitaka和開槽鋼筋混凝土剪力墻，根據(jù)鋼剪力墻的概念，以及常見的單層樣品。狹縫鋼板墻一方面能夠良好的應對彎曲變形登問題，而表現(xiàn)出來良好的延性，另一方面狹縫鋼板墻應用過程中應力基本是集中在兩端的，因而能夠表現(xiàn)出來良好的剛性。它易于形成塑性接頭并消耗地震能量，從而增加了垂直接頭的能耗。另外，可以根據(jù)煤層的開口參數(shù)靈活地調(diào)整橫向剛度，例如管件的寬度和厚度比等。

3、鋼板墻抗震設計

狹縫鋼板墻以彎曲變形的形式來應對垂直的應力，同時具有良好的延性，因而有著良好的抗震效果，國內(nèi)外學者對其進行了大量的試驗測試和研究，深入的探討了有關(guān)參數(shù)會對鋼板的彎曲性能產(chǎn)生的影響。為了充分開發(fā)與狹縫鋼板剪力墻延性和能量耗散能力塑性屈曲之前，馬xinbo等人分析了狹縫鋼板剪力墻的彈性屈曲特性與H/L最小，并系統(tǒng)地研究了影響寬度比值參數(shù)，width-thickness比率和關(guān)節(jié)之間的狹縫的行數(shù)。為了使剪力墻在屈曲前屈服，應保證k≥r。設f=下/r，則f≥1，進而可以獲得不同計算模型下f的值。對于高跨度比H/L=1的開槽鋼剪力墻，當理想的開槽鋼剪力墻滿足整體穩(wěn)定性要求時，開槽形式應確保槽寬小于15b/t，高厚度比為H/b＞3.0。根據(jù)國內(nèi)對鋼筋剪力墻節(jié)點的研究，主要是比例模型，以反映其更實用的性能，并獲得合理的結(jié)構(gòu)細節(jié)，如邊緣肋和螺栓凸耳的布置。江路等人結(jié)合了上述結(jié)果，對鋼板剪力墻的性能進行了深一步的研究，使用往復載荷試驗來進行鋼板剪力墻的性能分析，試驗過程中發(fā)現(xiàn)了一定的底角損壞。損壞始于底角的不穩(wěn)定性，伴隨著整個板的剪切不穩(wěn)定性以及柱的彎曲和扭轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性。然而，兩種不穩(wěn)定性都發(fā)生在彈塑性階段，并且在加載結(jié)束時，焊縫在試樣的底角處被撕裂。江路帶縫鋼板剪力墻在實驗中“不穩(wěn)定”和“螺栓滑動”，兩種改進的試件加固措施和錨桿布置，加強對老撾鋼板剪力墻鋼管兩側(cè)的組合，增加側(cè)面螺栓布置密度，還提出了一種新的螺栓連接方法：“中心螺栓連接，上下焊接”和“螺栓連接”焊接連接。通過增加側(cè)螺栓的密度可以有效地限制由傾覆力矩引起的滑移。通過在兩側(cè)設置鋼管，可以有效地解決角度不穩(wěn)定性，并可以限制整個平面外板的剪切屈曲變形;連接板向中心的運動對樣品的外部屈曲變形有很大的約束作用。為了更廣泛地延伸中心拉伸區(qū)域并減少帶有缺口鋼板的壁的失效區(qū)域。與傳統(tǒng)的狹縫鋼墻相比，AndresJacobsen和其他設計方法基于狹縫鋼墻，確保了第一屈服和后屈曲狹縫鋼墻，以及改進的狹縫擋板，以改變整個鋼板的應力特性。不同高度和寬度的狹縫間柱。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土墻體接縫相比，不同高度和寬度的裂縫可以使鋼筋混凝土在不同的位移角度下逐漸進入塑料部件的能量消耗，并通過合理的抗震設計。設計是可能的。中心部分將第一能量消耗轉(zhuǎn)換為彈塑性變形的位移角，并在地震作用下將側(cè)柱部件轉(zhuǎn)換為彈塑性變形，使墻板能夠更有效地發(fā)揮其能量耗散能力。

4、剪力墻的合理布置

4.1 平面布置

在橫向位移剛度和扭轉(zhuǎn)剛度滿足規(guī)范要求的前提下，長壁均勻布置，以減少剪力墻和邊緣構(gòu)件的數(shù)量，并有效控制結(jié)構(gòu)中鋼的數(shù)量。剪力墻的最大長度是指結(jié)構(gòu)的地震剪切分析。剪力墻肢體的標稱剪切力不超過極限，不超過8米，最小長度是剪力墻厚度的8倍。兩個側(cè)向剛度接近主軸，結(jié)構(gòu)的最大層間位移和規(guī)格極限接近1/1000，減小了剪力墻翼壁兩個方向的結(jié)構(gòu)地震效應，形成L，T，十字形分別為兩個軸向的地震剪力和彎矩的支撐點。剪力墻可以是通過高度比大于5的框架梁連接的單肢墻，或通過高度比小于2.5的強梁連接的連接壁。在中等地震彈性分析中，單個肢體壁的標稱剪切應力很少超過極限。根據(jù)結(jié)構(gòu)，墻體的大部分加固和邊緣構(gòu)件布置良好且經(jīng)濟，但連接單肢墻的框架梁應具有足夠的剛度以協(xié)調(diào)兩端剪力墻的變形作為能量消耗結(jié)構(gòu)的成員。由長臂上的開口形成的連接壁具有彎曲失效的延性變形特性，連接梁具有良好的耗能能力。然而，在中等地震作用下，耦合梁和節(jié)理壁的標稱剪應力通常超過并經(jīng)常超過標稱剪應力。對于墻壁，邊緣構(gòu)件和連接梁，鋼筋的比例通常較高。為了降低連接壁與連梁之間的標稱剪應力和邊緣構(gòu)件的過度加固，連梁與強關(guān)節(jié)壁之間的剪跨比不應小于1.5。

4.2 立面布置

剪力墻構(gòu)件從下到上排列，以避免在強烈地震下由剛度變化引起的地震效應集中。門和窗口成一排上下對齊，形成透明壁和連接梁;剪力墻截面厚度和混凝土強度水平從底部到頂部減小。在多次地震作用下，剪力墻結(jié)構(gòu)的主應力構(gòu)件處于彈性工作狀態(tài)。剪力墻與標稱剪應力和梁耦合跨度之比小于2.5，符合規(guī)范要求。

4.3 延性設計

水平施工縫壁符合防滑承載能力的設計要求。墻內(nèi)力的支腿不會異常拉動。根據(jù)汶川地震破壞的調(diào)查報告，汶川地震的大部分破壞都是脆性破壞，包括梁柱節(jié)點，短柱，連梁，剪力墻和填充墻的剪切破壞。墻體接縫水平剪切破壞。在汶川地震當中我們可以看到這樣的設計有著充分的抗震性能，使用了剪力墻結(jié)構(gòu)的墻體有著較好的軸壓比，如果剪力墻面對過了過高的剪應力，首先會出現(xiàn)一定的斜裂縫導致墻體的損壞，這樣一來剪力桿就難以充分發(fā)揮其作用。就算是在設計的時候添加了大量的剪力桿也難以完全避免這一問題，所以進行抗震設計的時候首先應當控制其延性，避免剪力墻的斜面出現(xiàn)損壞。為了控制壁-壁比的構(gòu)件，剪力墻和翼壁的邊緣構(gòu)件偏移構(gòu)件組，并且壁構(gòu)件的平均壓縮應力相對于高度和壓縮帶約束混凝土影響混凝土邊緣構(gòu)件。墻的延展性是一個重要因素，通過嚴格控制軸向壓縮比壁的構(gòu)件，縱梁的大部分縱向構(gòu)件彎曲邊緣構(gòu)件以改善箍特征值的邊緣構(gòu)件，并且壓縮承載能力和塑性變形能力的邊際范圍可以改善混凝土構(gòu)件和墻構(gòu)件的地震能量消耗。能力。通過控制軸向壓縮比和設置翼壁，可以減小截面的高度，并且可以提高彎曲能力。在工程設計中，除翼板外，機翼的軸向壓力比嚴格控制在0.5以下。

4.4 連續(xù)型設計和塑性設計

根據(jù)我國現(xiàn)行規(guī)范的要求，耦合梁是剪力墻結(jié)構(gòu)中最重要的能量耗散組件。然而，在汶川地震中，耦合梁的損傷幾乎是剪切損傷，彎曲損傷小，能量耗散能力好，即耦合梁不能反映預期的塑性耗能特性。從汶川地震的經(jīng)驗來看，避免跨距比小于2.5的耦合梁剪切破壞是不夠的。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，配置具有調(diào)整剪切設計值的箍筋是不夠的。應提供對角橫桿。在地震作用下，剪切力的變化可以有效地防止斜裂縫的產(chǎn)生，提高節(jié)點的剪切能力和延性系數(shù)。連接到單肢壁的框架梁的跨度比應控制在5和6之間，以確保足夠的剛度以協(xié)調(diào)單肢壁的變形和足夠的塑料能量消耗。剪力墻的底部加固部分是實現(xiàn)塑性耗能，確保結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵部分。高度表采用通過增加系數(shù)乘以底部加固件上方所有地板墻肢的組合彎矩的方法，并不調(diào)整底部加固件上方所有地板墻肢的組合彎矩，以確保塑料鉸鏈出現(xiàn)在底部加固件中。通過增加系數(shù)和設定約束邊緣構(gòu)件，增加了底部加強截面處的壁的剪切設計值，并且改善了底部加強截面處的壁的延性和剪切能力。根據(jù)中間地震彈性分析的剪切計算值，加強了底部加固位置剪力墻的水平鋼筋，以保證該區(qū)塑性鉸的強剪切和弱彎曲。

5、結(jié)束語

鋼板剪力墻具有初始彈性剛度大、變形能力大、塑性好、滯回穩(wěn)定性好等特點。但是，如果設計不合理，其經(jīng)濟效益和抗震性能將不能令人滿意。在上述試驗分析和數(shù)值研究的基礎上，為防止開槽鋼墻體邊角過早失穩(wěn)，需要在邊角處設置一根長加勁肋，肋剛度≥20。為了消除鋼板墻螺栓的滑動現(xiàn)象，應對側(cè)螺栓進行加密和布置。為使焊縫屈服后鋼板屈曲，應保證焊縫寬度比b/t＜15，厚度比h/b＞3.0。