混凝土剪力墻受剪承載力可靠度分析

童小龍 方志

摘 ? 要：針對我國規(guī)范未對剪力墻受剪承載力可靠指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)，本文研究鋼筋混凝土剪力墻受剪承載力的可靠度水平. 根據(jù)剪力墻抗剪公式所依據(jù)的試驗(yàn)及試件情況，收集并篩選截面型式、混凝土類型、配筋型式、破壞形態(tài)等方面與其一致的74片剪力墻試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對試件承載力的試驗(yàn)值與規(guī)范公式計(jì)算值進(jìn)行分析，得出剪力墻受剪承載力計(jì)算模式不定性統(tǒng)計(jì)參數(shù)，進(jìn)而得出抗力統(tǒng)計(jì)參數(shù)和概率分布類型;采用考慮基本變量概率分布類型的驗(yàn)算點(diǎn)法進(jìn)行可靠指標(biāo)計(jì)算. 結(jié)果表明：現(xiàn)行規(guī)范剪力墻受剪承載力可靠指標(biāo)低于目標(biāo)可靠指標(biāo)3.7的要求，其中荷載效應(yīng)比、剪跨比、軸向壓力、配筋率、混凝土強(qiáng)度等級對可靠指標(biāo)影響較小，風(fēng)荷載與永久荷載效應(yīng)比對可靠指標(biāo)影響較大，分布鋼筋采用HPB300時(shí)的可靠指標(biāo)在同等條件下較小. 為保證剪力墻受剪承載力可靠指標(biāo)滿足目標(biāo)可靠指標(biāo)要求，引入承載力調(diào)整系數(shù)0.95對現(xiàn)行計(jì)算公式進(jìn)行修正，修正后計(jì)算公式的可靠指標(biāo)均值為3.738.

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土剪力墻;受剪承載力;計(jì)算模式不定性;可靠度

中圖分類號：TU375 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract：Current Chinese design codes have not calibrated the reliable index of shear capacity of shear wall. In order to study the reliability level of shear bearing capacity of reinforced concrete shear wall， this paper collected and selected 74 shear wall specimens that are consistent with the ones based on the shear formulas of shear wall in terms of section type， concrete type， reinforcement type and failure mode. By analyzing the test and calculated values of shear capacity for the specimens， the statistical parameters of calculation model uncertainty were obtained， and then the statistical parameters and probability distribution types of resistance were obtained. The checking point method considering the probability distribution of basic variables was used to calculate the reliability index. The results show that the reliability index of shear capacity of shear wall in current code is lower than the target reliability index 3.7. Load effect ratio， shear span ratio， axial pressure， reinforcement ratio and concrete strength grade have little influence on the reliability index. The wind-to-dead load ratio has great influence on the reliability index. The reliability index of distributed rebar with HPB300 is small under the same conditions. In order to ensure that the reliability index of shear capacity of shear wall meets the requirements of target reliability index， a bearing capacity adjustment coefficient of 0.95 is introduced to modify the current calculation formula. The average value of reliable index in the revised formula is 3.738.

Key words：reinforced concrete shear wall;shear capacity;calculation model uncertainty;reliability

GBJ 68-84《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》[1]、GB 50068-2001《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》[2]對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體及木結(jié)構(gòu)等不同類型構(gòu)件的承載能力可靠指標(biāo)進(jìn)行了較系統(tǒng)的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果滿足目標(biāo)可靠指標(biāo)要求. 但規(guī)范中鋼筋混凝土構(gòu)件受剪可靠指標(biāo)僅以鋼筋混凝土梁為對象進(jìn)行校準(zhǔn)，未對鋼筋混凝土剪力墻受剪可靠指標(biāo)進(jìn)行分析. 很明顯，鋼筋混凝土剪力墻和梁屬于不同的構(gòu)件類型，其受荷形式、破壞形態(tài)、受剪承載力計(jì)算公式等方面均不同，剪力墻受剪可靠指標(biāo)明顯不能套用梁的結(jié)果. 我國現(xiàn)行規(guī)范JGJ 3-2010《高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中剪力墻受剪承載力基于4個(gè)假定，取中國建筑科學(xué)研究院12片剪力墻試驗(yàn)和美國波蘭特水泥協(xié)會的3片剪力墻以及日本所做的1片剪力墻試驗(yàn)的偏下限作為計(jì)算公式，16個(gè)試件均為矩形截面，截面兩端設(shè)有暗柱，均發(fā)生剪壓破壞[3]. 基于此，本文按照剪力墻抗剪公式所依據(jù)的試驗(yàn)試件情況，收集并篩選截面型式、混凝土類型、配筋型式、破壞形態(tài)等方面與其一致的剪力墻試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對剪力墻受剪承載力計(jì)算模式不定性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定抗力不定性統(tǒng)計(jì)參數(shù)和概率分布類型，按相應(yīng)的荷載效應(yīng)組合，采用考慮基本變量概率分布類型的JC法計(jì)算我國規(guī)范公式的剪力墻受剪承載力可靠指標(biāo)，并對其影響因素和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)建議.

5 ? 結(jié) 論

通過搜集并篩選國內(nèi)外74片矩形截面普通混凝土剪力墻斜截面剪壓破壞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對受剪承載力試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對荷載效應(yīng)進(jìn)行組合，對現(xiàn)行規(guī)范剪力墻受剪承載力的可靠度水平進(jìn)行了檢驗(yàn)，可得出以下結(jié)論：

1）74片斜截面破壞的剪力墻受剪承載力試驗(yàn)結(jié)果與規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果比值的平均值為1.230、變異系數(shù)為0.211，總體上說明我國規(guī)范剪力墻受剪承載力計(jì)算公式與試驗(yàn)值吻合較好.

2）可靠度分析表明，現(xiàn)行規(guī)范中剪力墻受剪承載力可靠指標(biāo)低于目標(biāo)可靠指標(biāo)3.7的要求. 其中荷載效應(yīng)比、剪跨比、軸向壓力、混凝土強(qiáng)度等級對可靠指標(biāo)影響極小;風(fēng)荷載與永久荷載效應(yīng)比χ對可靠指標(biāo)影響較大，當(dāng)χ從0增大至40，住宅樓面活荷載和辦公樓面活荷載下的可靠指標(biāo)分別減小了12.3%和15.8%;鋼筋種類對可靠指標(biāo)有一定影響，采用HPB300鋼筋所得的可靠指標(biāo)最小，鋼筋配筋率變化對可靠指標(biāo)的影響幅度在5%以內(nèi)，HRB400鋼筋不僅強(qiáng)度高而且同等條件下可靠指標(biāo)較HPB300略有增大，本文建議剪力墻的水平分布鋼筋類型應(yīng)優(yōu)先采用HRB400鋼筋.

3）參照鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算公式，通過對規(guī)范現(xiàn)行剪力墻受剪承載力計(jì)算公式乘以0.95的承載力調(diào)整系數(shù)得到新的修正公式. 對修正公式進(jìn)行可靠度校準(zhǔn)，結(jié)果表明：可靠指標(biāo)均值為3.738，滿足目標(biāo)可靠指標(biāo)3.7的要求. 本文的剪力墻受剪承載力修正公式滿足可靠度標(biāo)準(zhǔn)要求，可為規(guī)范修訂提供參考.

4）本文的剪力墻受剪承載力可靠度分析沒有考慮地震作用效應(yīng)組合，剪力墻受剪承載力的抗震可靠度有待下一步研究.

參考文獻(xiàn)

[1] ? ?GBJ 68-84 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1984：57—70.

GBJ 68-84 Unified standard for design of building structures[S]. Beijing：China Architecture & Building Press，1984：57—70. （In Chinese）

[2] ? ?GB 50068-2001 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001：19—21.

GB 50068-2001 Code for design of concrete structures[S].Beijing：China Architecture & Building Press，2001：19—21. （In Chinese）

[3] ? ?郝銳坤.剪力墻結(jié)構(gòu)的性能與截面設(shè)計(jì)[R]. 北京：中國建筑科學(xué)研究院，1985：11—21.

HAO R K. Shear wall structure performance and section design [R]. Beijing：China Academy of Building Research，1985：11—21. （In Chinese）

[4] ? ?GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011：63—64.

GB 50010-2010 Code for design of concrete structures[S]. Beijing：China Architecture & Building Press，2011：63—64. （In Chinese）

[5] ? ?JGJ 3-2010 高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010：51—85.

JGJ 3-2010 Technical specification for concrete structures of tall building[S]. ?Beijing： China Architecture & Building Press， 2010： 51—85. （In Chinese）

[6] ? ?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)，2004，25（5）：35—42.

LI H N，LI B. Model and experimental study on seismic restoring force of reinforced concrete shear walls[J]. Journal of Building Structures，2004，25 （5）：35—42. （In Chinese）

[7] ? ?蔣歡軍，呂西林.沿豎向耗能剪力墻的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)研究[J].工程力學(xué)，1997，14（增刊）：649—654.

JIANG H J，L？譈 X L. Experimental study on low-cycle cyclic loading along vertical energy dissipation shear walls[J]. Engineering Mechanics，1997，14 （S）：649—654. （In Chinese）

[8] ? ?章紅梅. 剪力墻結(jié)構(gòu)基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)方法研究[D]. 上海：同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，2007：74—102.

ZHANG H M. Behavior based seismic design method for shear wall structures [D]. Shanghai：College of Civil Engineering，Tongji University，2007：74—102. （In Chinese）

[9] ? ?曹萬林，張建偉，田寶發(fā)，等. 帶暗支撐低矮剪力墻抗震性能試驗(yàn)及承載力計(jì)算[J]. 土木工程學(xué)報(bào)，2004，37（3）：45—51.

CAO W L，ZHANG J W，TIAN B F，et al. Seismic performance test and bearing capacity calculation of low-rise shear walls with concealed braces[J]. Journal of Civil Engineering，2004，37（3）：45—51. （In Chinese）

[10] ?曹萬林，楊興民，黃選民，等. 鋼筋混凝土帶暗支撐一字形截面短肢剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究[J].地震工程與工程振動，2004，20（4）：30—35.

CAO W L，YANG X M，HUANG X M，et al. Experimental study on seismic behavior of reinforced concrete short-leg shear walls with concealed braces with a zigzag cross-section[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration，2004，20（4）：30—35. （In Chinese）

[11] ?方小丹，李照林，韋宏，等. 高配筋率邊緣約束構(gòu)件高強(qiáng)混凝土剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2011，32（12）：145—153.

FANG X D，LI Z L，WEI H，et al. Experimental study on seismic behavior of high strength concrete shear walls with high reinforcement ratio edge restrained members[J]. Journal of Architectural Structures，2011，32 （12）：145—153. （In Chinese）

[12] ?左曉寶，戴自強(qiáng)，李硯波. 改善高強(qiáng)混凝土剪力墻抗震性能的試驗(yàn)研究[J]. 工業(yè)建筑，2001，31（6）：37—39.

ZUO X B，DAI Z Q，LI Y B. Experimental study on improving seismic behavior of high strength concrete shear wall[J]. Industrial Building，2001，31（6）：37—39. （In Chinese）

[13] ?鄭萬仁. 不同軸壓比下混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)性能研究[D]. 上海：同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，2004：7—12.

ZHENG W R. Performance of concrete shear walls under different axial compression ratios [D]. Shanghai：College of Civil Engineering，Tongji University，2004：7—12. （In Chinese）

[14] ?劉藏.帶暗支撐高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究[D].重慶：重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，2010：13—68.

LIU Z.Experimental study on seismic behavior of high-strength concrete low-rise shear walls with concealed braces[D]. Chongqing：College of Civil Engineering，Chongqing University，2010：13—68. （In Chinese）

[15] ?羅元軍. 近場地震下剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究[D]. 長沙：湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，2011：11—50.

LUO Y J. Experimental study on seismic behavior of shear walls under near field earthquakes [D]. Changsha：College of Civil Engineering， Hunan University， 2011：11—50. （In Chinese）

[16] ?孔慧. 配筋率對混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)性能影響的試驗(yàn)研究[D]. 北京：中國建筑科學(xué)研究院，2010：61—62.

KONG H. Experimental study on the effect of reinforcement ratio on the structural performance of concrete shear wall [D]. Beijing：China Academy of Architectural Sciences，2010：61—62. （In Chinese）

[17] ?王立長，李凡璘，朱維平，等. 設(shè)置暗支撐鋼筋混凝土剪力墻的抗震性能試驗(yàn)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2005，26（增刊）：51—58.

WANG L C，LI F L，ZHU W P. Experimental study on seismic behavior of reinforced concrete shear walls with concealed braces[J]. Journal of Architectural Structures，2005，26 （S）：51—58. （In Chinese）

[18] ?杜興亮.鋼筋鋼纖維混凝土剪力墻受剪及抗震性能試驗(yàn)研究[D]. 鄭州：鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，2007：8—38.

DU X L. Experimental study on shear and seismic behavior of reinforced steel fiber reinforced concrete shear walls[D]. Zhengzhou：College of Civil Engineering，Zhengzhou University，2007：8—38. （In Chinese）

[19] ?史新亞，于慶榮，陶鶴進(jìn). 鋼筋輕骨料混凝土剪力墻的試驗(yàn)研究[J]. 河北工學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，23（3）：33—47.

SHI X Y，YU Q R，TAO H J. Experimental study on reinforced lightweight aggregate concrete shear wall[J]. Journal of Hebei Institute of Technology，1994，23 （3）：33—47. （In Chinese）

[20] ?HIDALGO P A，LEDEMA C A，JORDAN R M. Seismic behavior of squat reinforced concrete shear walls[J]. Earthquake Spectra， 2002，18 （2）：287—308.

[21] ?LOPS M S. Experimental shear-dominated response of RC walls.Part II：Discussion of results and design implication[J]. Engineering Structures， 2001，23（5）：564—574.

[22] ?LEFAS I D，KOTSOVOS M D，AMBRASEYS N N.Behavior of reinforced concrete structural walls：strength deformation characteristics and failure mechanism[J]. ACI Structural Journal，1990，87（1）：23—31.

[23] ?貢金鑫，魏魏巍. 工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)原理[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：164—165.

GONG J X，WEI W W. Theory of engineering structures reliability design[M]. Beijing：China Machine Press，2007：164—165. （In Chinese）

[24] ?沈在康. 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新規(guī)范應(yīng)用講評[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993：25—26.

SHEN Z K. Application of new specifications for concrete structure design[M]. Beijing：China Architecture & Building Press，1993：25—26. （In Chinese）

[25] ?王紫軒，楊秀云，邸小壇. 熱軋鋼筋強(qiáng)度取值和分項(xiàng)系數(shù)的校準(zhǔn)[J]. 工程質(zhì)量， 2013，31（7）：20—24.

WANG Z X，YANG X Y，DI X T. Calibration of eigen value and partial coefficient of the hot-rolled steel[J]. Construction Quality， 2013，31（7）：20—24. （In Chinese）

[26] ?史志華，胡德炘，陳基發(fā). 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)安全度水準(zhǔn)修訂[J].建筑科學(xué)，2002，18（增刊2）：50—57.

SHI Z H， HU D W， CHEN J F. Revision of safety level of reinforced concrete structures[J]. Architectural Science，2002，18 （S2）：50—57. （In Chinese）

[27] ?GB 50009-2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012：9—10.

GB 50009-2012 Load code for the design of buliding structures [S]. Beijing：China Architecture & Building Press， 2012：9—10. （In Chinese）

[28] ?張望喜，劉有，程超男. 考慮施工誤差影響的RC框架結(jié)構(gòu)可靠度分析[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，44（7）：69—77.

ZHANG W X，LIU Y，CHENG C N. Reliability analysis of reinforced concrete frame structure considering the influence of construction error[J]. Journal of Hunan University（Natural Sciences）， 2017，44（7）：69—77. （In Chinese）

[29] ?唐昌輝，易偉建，沈蒲生. 混凝土軸心受壓柱的可靠性研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，30（1）：97—100.

TANG C H， YI W J， SHEN P S. Reliability study of reinforced concrete columnswith axial loads[J]. Journal of Hunan University（Natural Sciences），2003，30（1）：97—100. （In Chinese）