第２７卷域髑

２００７年４月

防災(zāi)減災(zāi)王程學(xué)報

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＤｉｓａｓｔｅｒＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄＭｉｔｉｇａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｖｏｌ。２７。Ｓｕｐｐｌ．

Ａｐｒ．２００７

高強(qiáng)配筋框一剪結(jié)構(gòu)的抗震分析’

姚震宇１’２，陸新征１’２，葉列平１’２，繆志偉１’２

（１。潰牮大學(xué)主本黑程系，ｌｌ寨１０００８４｜２。漬華大學(xué)續(xù)褥芏程與振動教竅鄭重點實驗室，憩索１０００８４）

摘要；雀橇一剪結(jié)構(gòu)的剪力墻中配王高強(qiáng)銷筋可以顯著提離冀安全儲備，使得剪力墻在框架之詹屈服．并改變地震

剪力的分配規(guī)律。利用ＭＳＣ．Ｍａｒｅ２００５以及清華大學(xué)在ＭＳＣ．Ｍａｒｅ基礎(chǔ)上升發(fā)的混凝土扦雛模型程序ＴＨＵ—

ＦＩＢＥＲ和適薅予剪力墻姆構(gòu)非線拄分析的分層殼墻單元糗繁，對表強(qiáng)配筋及靜通配筋的２個８屢鋼筋混凝土橇一驁戇襁避舒了靜力箍覆分禱爭竇蓐地震浚囂蔑下磚動力簿程分耪，重點瞬究？燕強(qiáng)鋼菸磚緩一劈騖耱藐震往囂教莉的效果。研究結(jié)果表嘴，剪力墻中采甩尚強(qiáng)鋼筋配筋后，改裳了剪力墻和嘏黎的剮度退化規(guī)棘，提高了剪力墻的屈服馘度，且同時具有較好的極限變形能力，可以有效提高撩個結(jié)構(gòu)的安全儲豁．對結(jié)構(gòu)抗震是蔭利的。關(guān)鍵溺：框一剪結(jié)構(gòu)；高強(qiáng)鋼筋，靜力推稷ｆ動力Ｉ非線性孛黧分類號：ＴＵ３５２．１

交藏標(biāo)識碼：Ａ

文章編號：１６７２—２１３２（２００７）堪強(qiáng)一０１３３—０５

。

震下的安全性有著非常顯著的效果。特別是通過提高

０

引言

框架一贅力墻結(jié)構(gòu)是爨蘸在高層建筑孛使用最

整個結(jié)構(gòu)中的生要結(jié)構(gòu)的彈性變形能力，控制豳予主要結(jié)構(gòu)進(jìn)入非線性麗帶來的位移模型不確定性，霹以受為有效建實璦基于位移／性能的抗震設(shè)計方法。因此，基于體系能力抗震理論的設(shè)想“］，通過在框一剪結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)——剪力墻中引入高強(qiáng)鋼筋。提高其屈服位移，進(jìn)而控制地震下的變形模型，同時利用框架部分來潰耗她震麓量，有可能實現(xiàn)更好戇抗震髏能。本文將通過數(shù)德分析來討論采用高強(qiáng)配筋帶來的框一剪結(jié)構(gòu)抗震性能的改善。

為廣泛鶼一種結(jié)構(gòu)形式。出于其在彈性除段層聞變形分布較為均勻，故一般具有較好的抗震性能。但是，由予框架和剪力墻兩個結(jié)構(gòu)的非線性變形行為有著較大差別，所以在中震和大震下非彈性階段框架纛剪力墻之闖豹地震力分配一直是一個需要深入討論的問題。

根據(jù)現(xiàn)有研究［１’２］，普通配筋的剪力墻結(jié)構(gòu)由于其層問位移角彈性極限假遠(yuǎn)小于框架結(jié)構(gòu)，因此在她震俸饜下，在不丈戇層鬻位移焦下，剪力墻就會莒先進(jìn)入屈服，由于剪力墻是主要抗蘅力繕梅，它進(jìn)入塑性會對層剛度分布產(chǎn)生較大影響，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的位移模式和能量分布，導(dǎo)致變形和耗能集中，對結(jié)構(gòu)的抗震安全性有著不利的影響。

蕊根據(jù)文獻(xiàn)［３－－－－５］鷯研究，通過在鋼筋混凝±構(gòu)件中引入高強(qiáng)鋼筋，可以有效提高構(gòu)件的強(qiáng)度、變形能力、安全儲備和震后自復(fù)位能力，對提高結(jié)構(gòu)在地

１計算模型

本文分析的結(jié)構(gòu)同文獻(xiàn)［１］中所設(shè)計的８層規(guī)則框一剪結(jié)構(gòu)辦公樓。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（ＧＢ５００１１—２００１）口３翻《高屢建筑混凝±結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程））（ＪＧＪ３—２００２）Ｅ釣的要求，拳ｊ殿ＰＫＰＭ軟籜設(shè)詩，第一層層高４．５ｍ，其余層層高為３ｍ，其截面參數(shù)見表１，結(jié)構(gòu)平面布囂如圖１所示。主要設(shè)計參數(shù)如下：

表１建筑模濺截越參數(shù)

?收稿日期：２００６一ｌＯ一２６｝修回日期：２００７—０１一１０

作衡簡介：姚震字（１９８４一），男，本科生。盥要從事結(jié)構(gòu)動力學(xué)方面的研究。

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防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報第２７卷

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圖１模型平面布置

該建筑場地為Ⅱ類，抗震設(shè)防烈度為８度，設(shè)計基本地震加速度毽�。啊＃玻埃�，設(shè)計地震分組為第一綴（文獻(xiàn)［７二）。剪力墻抗震等級為一級、框架抗震等級為二級（文獻(xiàn)［８］）。模型的剮度特征值Ａ＝１．９８，模烈短跨方向的周期Ｔ＝０．６０ｓ，滿足結(jié)構(gòu)的合理周期范圍（文獻(xiàn)［１］＞。

對手普通配籟框一剪結(jié)橡，鋼筋繳志受力鋼筋選用ＨＲＢ４００，箍筋選用ＨＰＢ２３５，并稱之為“基本模型”。而對于高強(qiáng)西已筋框一剪結(jié)構(gòu)，則將剪力墻中的鋼筋按等面積替換為ｌ８６０級高強(qiáng)鋼絞線。

撮據(jù)ＰＫＰＭ約設(shè)詩結(jié)果，在ＭＳＣ。Ｍａｒｃ程彥中建立了該結(jié)構(gòu)的有限元模型，結(jié)構(gòu)的具體簡化方法參見文獻(xiàn)［１］。其中框架梁柱及剪力墻暗柱采用ＴＨＵＦＩＢＥＲ來模擬，剪力墻采用分層殼墻單元模型來模擬。ＴＨＵＦＩＢＥＲ程序（文獻(xiàn)［１】＞嗍基予紓維禳燮濰鯛，將鑲筋混凝土框架載瑟翅努成一系甍酶鏹筋纖維和混凝土纖維，可以較好地模擬鋼筋混凝七框架結(jié)構(gòu)的各種非線性行為，且與試驗結(jié)果吻合較好（文獻(xiàn)［４］）。分層殼墻單元基于復(fù)食材料力學(xué)原理，將贏單元翅分成混凝主層翻鑲麓屢，可以考慮剪力墻的軸壓破壞，褥內(nèi)彎益破壞、西內(nèi)剪切破壞、瑟外彎曲破壞以及上述各外力耦合作用下的破壞行為，計算結(jié)果同樣與試驗結(jié)果吻合良好（文獻(xiàn)［１３）Ｅｎ。引。因此，本文基于上述程序，可以較好囊毽模擬麓一剪結(jié)梅在地震下的各耱菲線性行為，并進(jìn)行襁應(yīng)的討論。

２靜力推覆分析

為了清晰地了解結(jié)構(gòu)在整個失效過程中的行為，對上述高強(qiáng)配筋模型及基本模型進(jìn)行靜力推覆分析（Ｐｕｓｈｏｖｅｒ）。茵先對結(jié)構(gòu)施加自重荷載，而后對結(jié)梅旌搬承乎倒三角蕊載，如蠶２掰忝。采魘弧長法控鍘，逐步增大荷載。計算得薊的結(jié)構(gòu)頂點位移翔基底剪力的關(guān)系如圖３所示。結(jié)構(gòu)是要受力和變形特征如表２所示。其中，以縱筋最大拉應(yīng)變達(dá)到屈服應(yīng)變佟為剪力墻的屈服點，由幾何佟圈法褥到框架的

屈服點，以剪力墻受壓側(cè)混凝土達(dá)到我網(wǎng)混凝土規(guī)范規(guī)定的壓潰應(yīng)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)戇極限變形點。鴦表２可見，高強(qiáng)醞筋結(jié)構(gòu)在最終破壞時能承受更大的變形，并且與濺本模型相比，高強(qiáng)配筋模型的結(jié)構(gòu)基底屈服總剪力有很大的提高。最大可提高８５％左右。

圖２靜力推覆側(cè)向力模式

互、

煢器延鞴

渤辨鯽枷啪蝴辨橢黼結(jié)構(gòu)碩點位移／ｉ１１１１１

圖３基底剪力一維梅頂點位移莢系

襲２靜力推覆分援綏構(gòu)主要受力鞠瓷彩毒毒薤

２．１框架、剪力墻剛度退化規(guī)律

由靜力推覆結(jié)果可褥框架秘剪力墻豹剮度退詫

增刊嬈震字等：高強(qiáng)配筋框一剪結(jié)構(gòu)的抗震分析

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規(guī)律如圖４所示，其中剛度退化系數(shù)為當(dāng)前階段的割線抗接剛度與彈性別度鰓斃值。在層閩位移角ｌ／２００以前，勢力墻秘翟絮鵑藤度送純烹要是由于混凝土開裂導(dǎo)致。由于框架的超靜定次數(shù)較高，所以剛度退化相對較慢，在這個階段高強(qiáng)配筋模型和基本模型的行為差別不大。麗當(dāng)層聞位移危達(dá)到１／２００浚后，燕強(qiáng)醞簸模型圭予鑲荔屆蒎較晚，所以爨褒基本穩(wěn)定，剪力墻后期剛度明顯高于基本模型，這將對框架一剪力墻之間的地震力分配產(chǎn)生重瑟影響。

總剪力，即對框架是有利的。而剪力墻承受的總剪力值ｙ驄，也是不斷增大約，對剪力墻配置高強(qiáng)鋼筋可使勢力墻的囂激總剪力有較大的舞高，最大霹舞高１３９％，即剪力墻在框架屈服盾可繼續(xù)吸收地震水平剪力。

在整個攤覆過程中，框架分擔(dān)的剪力比例ｙＦ／ｙ慧酶變化規(guī)律較復(fù)雜，逮主要與框架翻剪力墻各自的剛度退億過程有關(guān)。普通配筋的框一剪結(jié)構(gòu)的ｙ，／ｙ總在加載后期會出現(xiàn)明顯的升高，這主要是由予隨著剪力墻屈服，框架承擔(dān)的側(cè)向力的比例升高；瑟對予剪力墻高強(qiáng)配荔的框一剪結(jié)構(gòu)，可以餐出其

舔蜷Ｓ！鷺愷甚

ｙＦ／ｙ盛在達(dá)裂簸大值２７。８％薅逐漸下降，最大萄下降到基本模型的５０％左右，這主要是由于高強(qiáng)配筋的剪力墻屈服變形大于框架，在框架屈服之后，剪力墻仍能有效地發(fā)揮其抗側(cè)力作用。這對框一剪結(jié)構(gòu)的安全性是纂常蠢耩的。

豳４框架及剪力墻割線剛度退化規(guī)律

２．２結(jié)構(gòu)不同階段水平剪力的分配

根據(jù)分櫥不嗣獯點位移時所對應(yīng)的結(jié)禱露力狀態(tài)，以靜力推覆下水平剪力的分布，可得如表３所示的結(jié)構(gòu)不同受力階段。

表３結(jié)構(gòu)舉麓受力階段

多、

采器蘧璉避球蜷

驁避瑟簸基搴摟登（１）剪力墻和框架都為彈

性階段，對應(yīng)頂點位移

為５．７ｍｉＤ．

毒強(qiáng)醞簸撰受（１）剪力墻和樵架都為彈

性階段．對磁頂點位移

為３．９ｍｍ

結(jié)籀硬患位移／ｍｍ

（２）文敲［２］建議剮度特綴

毽蓋迭最大（鼯最大臻

闋位移危達(dá)１／５００＞時，對應(yīng)頂點位移為

４２．１ｍｍ

（２）文獻(xiàn)［２］建議剮度特征

值天達(dá)最犬（幫最大星

聞位移角這１／５００）時，對應(yīng)頂點位移為

４２．９ｍｍ

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、

灰

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：碹

（３）剪力墻屈服前，對應(yīng)頂

點纜移灸１２９。９ＩＴＩＴＥＩ（４）勢力壤囂派惹，框絮囂

服髓，對應(yīng)頂點位移鴦２１２．８ｍｉｌｌ，框架屈服

后，對應(yīng)頂點位移為

２６７．６ＴＤ．ｍ

（３）框架屈服前，對應(yīng)頂點

位移為２１０．０ｍｍ

齄蠼嗣｝靶

（蓮）程絮鑫歉麓，蒡力壤囂

服前，對應(yīng)疆點位移力

４７５．７ｎｌｍ

結(jié)攛璜點位移，溉

（５）剪力墻屈服盾，對應(yīng)頂

點位移為６４７．０１Ｔｉｍ

囂筮Ｒ蠶雩Ｉ求避暑Ｉ《騮

計算得到框架底部總剪力、剪力壤底部總剪力以及框剪分擔(dān)剪力比例如圖５～圖７所示。在整個推覆過程中，框架承受的總剪力值ｙＦ是不斷增大的（圖５）。對剪力壤配爨蒜強(qiáng)鋸筋可使梃架新承受的剪力德在鴦曩載后麓有明顯的下降，最大霹下降１８％左右。即當(dāng)結(jié)構(gòu)開始進(jìn)入屈服狀態(tài)時（或在較強(qiáng)地震下），剪力墻配置高強(qiáng)鋼筋可以減小框架的基底