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    剪力墻偏拉問題追溯

    作者:臨沂鵬程木業??來源:http://www.4t46.com??發布時間:2020-03-26 13:52 ????瀏覽次數 :


      剪力墻受拉分析,是結構計算分析中的一個重點。

      因為,剪力墻承受的軸向拉力會和彎矩耦合,可能呈現小偏拉或大偏拉狀態。與此同時,剪力墻承受拉力又會影響抗剪性能,在某種程度上,拉力又與斜截面承載力耦合。

      以前,我們的認知大致是這樣的:“剪力墻小偏心受拉,可能會導致出現水平通縫,從而嚴重削弱抗剪能力,抗側剛度嚴重退化,剪力發生轉移致使其他墻肢抗剪不足,因此應盡量避免出現小偏拉。大偏拉同樣會導致墻肢出現裂縫,剪力重分配。”

      因此,《高規》7.2.4條規定:

      抗震設計的雙肢剪力墻,其墻肢不宜出現小偏心受拉;當任一墻肢出現偏心受拉時,另一墻肢的彎矩設計值及剪力設計值應乘以增大系數1.25。

      另外,規范給出的偏拉剪力墻斜截面承載力計算公式(《高規》7.2.11條)也考慮了軸拉力對抗剪能力的削弱作用。但這條公式對軸拉力的考慮,有個上限,約為4XftXbXh0.

      再進一步,《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》(2015版)對軸拉力的規定更加明確:

      中震時雙向水平地震下墻肢全截面由軸向力產生的平均名義拉應力超過混凝土抗拉強度標準值時宜設置型鋼承擔拉力,且平均名義拉應力不宜超過兩倍混凝土抗拉強度標準值(可按彈性模量換算考慮型鋼和鋼板的作用),但全截面型鋼和鋼板的含鋼率超過2.5%時可按比例適當放松。

      說實話,這條規定操作起來比較容易,以致于很多工程師都按這條復核軸拉力,反而不夠重視正截面的偏拉復核。但如果細究的話,這條規定引起的爭議也很大。

      本號曾發表過一篇文章 《超限報告中的幾點問題07——混凝土名義拉應力超過2ftk》,闡述了這個問題(主要是方大師的觀點)。總結起來,觀點如下:

      構件是否安全,主要關注正截面承載力、斜截面承載力及裂縫是否滿足要求,名義拉應力不是硬性要求;

      基于剛度退化的考慮,如果小偏拉剪力墻較多,其余偏壓剪力墻抗剪承載力可適當放大。

      最近,方小丹團隊在建筑結構學報上發表了一篇文章 《偏心受拉鋼筋混凝土剪力墻受剪性能試驗研究》,對上述問題又有新的研究。文章提到:

      軸拉力的存在使得各個試件的受壓區混凝土難以達到極限壓應變,受壓區混凝土雖有破碎,但均為混凝土受拉開裂后受試件變形影響而局部擠壓剝落破碎,各個試件均未發生混凝土被壓潰的破壞情況。

      試件的破壞形態表現為拉彎剪破壞,破壞始于斜截面水平鋼筋及剪力墻邊緣暗柱鋼筋的受拉屈服。即隨著水平荷載的增大,試件下部彎矩較大的截面出現壓力,但壓應力很小,混凝土未發生受壓破壞。這是偏心受拉剪力墻之所以有優良延性的主要原因。

      這個觀點非常有趣,因為鋼筋混凝土構件,我們需要避免的脆性破壞,都是由受壓區混凝土壓潰作為終止條件的。因此,我們常說,混凝土軸壓比越高,延性相對降低。反過來想,如果混凝土構件施加的不是壓力,而是拉力,拉彎作用下,混凝土壓應力就會減小,此時,構件破壞形態變為受拉區鋼筋的屈服,延性反而變好。

      文章指出,提高豎向鋼筋配筋率對于提高鋼筋混凝土剪力墻偏心受拉斜截面受剪承載力效果明顯,并給出推薦公式:

      

     

      這個公式中的0.18fyAs,即是考慮豎向鋼筋對抗剪承載力的貢獻。其實,豎向鋼筋(或縱筋)對抗剪承載力的貢獻,一直都存在,只是對板式構件作用更明顯。我在 《超限報告中的幾點問題05—樓板薄弱連接位置抗剪計算》 一文中也討論過類似問題。

      針對偏心受拉剪力墻,方大師文章還給出三條建議:

      令豎向鋼筋的受拉承載力不小于混凝土的受拉承載力,可得豎向鋼筋的最小配筋率ρv,min=ft/fy,不同強度混凝土及鋼筋計算得到的最小配筋率如下:

      

     

      控制剪力墻豎向鋼筋不屈服,水平裂縫寬度 不大于0.4mm,豎向鋼筋直徑不小于 14 mm,可保證鋼筋的銷栓作用,剪力墻斜截面受剪承載力充分發揮。

      考慮剪跨比為1.5,令水平鋼筋受拉承載力的貢獻不小于混凝土受拉承載力的貢獻,可得偏拉剪力墻水平向鋼筋的最小配筋率為:ρh,min=0.5ft/fy。

      值得一提的是,任重翠、肖從真、徐培福,2018年4月,在土木工程學報上發了一篇文章《鋼筋混凝土剪力墻拉剪性能試驗研究》。這篇文章和方大師最近發的文章,部分結論是一致的,比如:

      軸拉力的存在,可改善剪力墻延性;

      軸拉力降低剪力墻的抗震承載力;

      豎向鋼筋可提高剪力墻的抗剪承載力及變形能力。

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