高厚比变化时十字型短肢剪力墙弹塑性分析

朱 梦 阳

(上海市建筑工程学校，上海 200241)



高厚比变化时十字型短肢剪力墙弹塑性分析

朱 梦 阳

(上海市建筑工程学校，上海 200241)

采用FORTRAN90语言进行了非线性分析程序的编写，分析了五个钢筋混凝土十字型短肢剪力墙结构在单调荷载作用下的弹塑性，比较了剪力墙截面高厚比变化时，剪力墙的承载能力、刚度和延性变化情况，结果表明，随着高厚比的提高，结构的承载力有所提高，而延性先增加后降低，结构设计中应充分考虑该因素的影响。

短肢剪力墙，弹塑性分析，高厚比，承载力，变形能力

1 概述

短肢剪力墙[1]结构在南方地区适用于中高层住宅楼。此体系的墙肢与普通剪力墙的墙肢比较后，可知其墙肢较短。所以较常采用“一”字型，“T”型，“L”型，“Z”字型，“]”型和“十”字型(如图1所示)。张强等[2]采用ANSYS软件对七组高厚比不同的十字型钢筋混凝土短肢剪力墙进行非线性分析，从图示中可以看到短肢剪力墙的承载能力、刚度和延性等变化情况。马彦晓等[3]采用有限元软件SeismoStruct进行建模，分析了肢厚比对短肢剪力墙构件的影响，考察了填充墙对短肢剪力墙结构的抗侧移的影响。王建祥等[4,5]运用ANSYS有限元软件，对高层T形和L形短肢剪力墙结构进行了非线性分析。揭示了连梁跨高比、墙肢截面高厚比、轴压比、墙肢截面高厚比和配筋率等诸多因素对变形能力的影响。并对结果进行了分析，为工程中的T形和L形短肢剪力墙结构设计提供理论和试验依据。

本文运用FORTRAN语言进行编写非线性分析程序，FORTRAN是Formula Translation的缩写，意思是“公式翻译”。它是当

今国际上通用的一种高级程序设计语言，主要面向科学计算。本文将重点对“十”字型短肢剪力墙结构进行较为有效和可靠的非线性静力分析，揭示该型短肢剪力墙结构的真实力学行为。

2 有限元程序设计

本文中所编写的程序功能说明：输入文件主名可以自由定义，但规定为4个字符。输入文件扩展名规定为，输出文件扩展名规定为。程序的节点坐标、单元信息、约束条件、节点荷载等均具有线性自动生成功能。程序可以计算由单元组成的组合结构问题。程序采用变带宽存储及三角分解法求解刚度方程，提高了求解速度。程序的整体结构流程图如图2所示。

钢筋混凝土十字型短肢剪力墙构件在五组不同截面高厚比的影响下，可得到构件的各项指标。通过材料本构关系[6]的应用，采用纤维墙元模型[7]，建立了钢筋混凝土十字型短肢剪力墙模型，构件采用1∶1的尺寸输入。520 mm为短翼缘宽度，200 mm为墙肢截面厚度，墙高假定为3 m，取保护层厚度为20 mm。轴压比定为0.3。钢筋采用Φ10，分布钢筋采用Φ6，混凝土强度等级采用C30。试验中对长翼缘宽度，分别取值为1 000 mm，1 120 mm，1 240 mm，1 320 mm，1 480 mm，长翼缘与墙肢截面的比值就是高厚比，对应为5，5.6，6.2，6.6，7.4。纵筋的配筋率ρ=0.007。

3 试验结果分析

3.1 承载力分析

当钢筋混凝土十字型短肢剪力墙截面高厚比有所变化时，试件的极限荷载和屈服荷载变化情况，如图3所示。

从图3可以知道：十字型短肢剪力墙的承载力随着高厚比的增大而提高，当高厚比为6.6时，承载能力增长显著。而屈服强度高厚比增大的同时也有提高。因此可通过提高截面高厚比从而提高剪力墙的承载能力。

3.2 刚度分析

1)刚度分析。图4为不同高厚比试件的刚度退化曲线图，曲线从下往上依次对应的高厚比为5，5.6，6.2，6.6，7.4。从图4中可以看出，刚度退化系数随着高厚比的增加而增大。高厚比虽然不同，但曲线的走势相近。在具有相同荷载的条件下，高厚比较大的试件比高厚比较小的试件刚度大。

2)变形能力分析。图5中曲线从下至上依次对应高厚比是5，5.6，6.2，6.6，7.4。从图5可知：曲线在起始阶段仍然处于弹性阶段，故其刚度和承载力无显著变化。然后，曲线缓慢上扬表示其承载力有增高的趋势。

在结构抗震性能中，延性系数能较好地对结构或构件的塑性变形能力进行反映。从弹塑性反应谱中显示出，延性与地震荷载呈反比的现象。即延性越大对应的地震载荷就越小。

从图6可以看出，剪力墙的极限位移会随着高厚比的增大而呈下降的趋势。在高厚比6.6～7.4范围内变化不明显。

从图7可以知道，当剪力墙截面高厚比小于6.6时，延性系数随其增长而提高，当高厚比为6.6时延性最好，当高厚比大于6.6时延性逐渐降低，在实际结构截面设计时应充分考虑该因素影响，尽量选用高厚比为6.6的截面。

钢筋混凝土十字型短肢剪力墙结构的弹塑性耗能的大小是通过滞回曲线所包围的面积的大小来反映的。由图8可知构件的耗能能力：钢筋混凝土十字型短肢剪力墙的耗能能力在截面高厚比增加的情况下曲线总体呈下降趋势。

4 结语

1)当对五个不同高厚比的钢筋混凝土十字型短肢剪力墙构件进行对比，其承载能力的变化为:当高厚比从5增加到7.4时，十字型短肢剪力墙的承载力曲线呈上升走势，即屈服荷载和极限荷载都有了显著地加大。

2)由延性系数和耗能能力这两张图形的变化可知：当高厚比低于6.6时，延性系数随着高厚比的增大而提高，在6.6处延性最好，超过高厚比6.6后延性逐渐降低。因此进行剪力墙截面设计时应充分考虑高厚比对承载能力及变形能力的影响，尽量选择高厚比为6.6的截面。

[1] 容柏生.高层住宅中的短肢剪力墙体系[J].建筑结构学报，1997,18(6)：14-19.

[2] 张 强，陶澄澄，杨可可，等.高厚比变化时十字型短肢剪力墙弹塑性分析[J].上海师范大学学报(自然科学版)，2011,40(1):63-67.

[3] 马彦晓.短肢剪力墙结构的抗震性能研究[M].广州：华南理工大学，2011.

[4] 王建祥,唐新军,李双喜.高层短肢剪力墙结构变形能力分析优化[J].河南科学，2011，29(5)：576-579.

[5] 王建祥,胡景龙,李双喜,等.L形短肢剪力墙有限元的仿真试验[J].石河子大学学报(自然科学版)，2009，27(3)：345-349.

[6] 邹 翾.复杂截面钢筋混凝土框架结构的非线性分析研究[D].上海：同济大学，2004.

[7] 张 强.基于纤维模型钢筋混凝土结构静力非线性全过程分析若干关键问题的研究[D].上海：同济大学，2008.

On elastic and plastic analysis of cross-shaped short-leg shearing wall with changing height-weight ratio

Zhu Mengyang

(ShanghaiArchitecturalEngineeringSchool,Shanghai200241,China)

Adopts FORTRAN90 to undertake the non-linear analysis program to undertake the compilation, analyzes the elastic and plastic properties of five reinforced cross-shaped short-leg shearing wall structure under the single loading, compares the loading capacities, strength, and ductility in changing height-thickness ratio of the shearing wall, and proves by the result the loading capacity can be improved with higher height-thickness ratio while the ductility’s increase is followed by the decrease, so the ductility should be fully considered in the structural design.

short-leg shearing wall, elastic and plastic analysis, height-thickness ratio, loading capacity, deformation capacity

1009-6825(2017)13-0036-03

2017-02-23

朱梦阳(1985- )，女，讲师

TU313

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