劉其舟，蔣歡軍（1.同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)試驗(yàn)室，上海200092；2.同濟(jì)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)研究所，上海200092）

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新型可更換墻腳部件剪力墻設(shè)計(jì)方法及分析

劉其舟1，2，蔣歡軍1，2
（1.同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)試驗(yàn)室，上海200092；2.同濟(jì)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)研究所，上海200092）

提出一種新型的可更換墻腳部件的剪力墻.介紹了該可更換墻腳部件剪力墻的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)可更換墻腳部件剪力墻與傳統(tǒng)鋼筋混凝土剪力墻進(jìn)行數(shù)值模擬和對(duì)比分析.計(jì)算結(jié)果表明，設(shè)計(jì)合理的可更換墻腳部件剪力墻不但具有良好的抗震性能，而且能夠?qū)⑵茐募性诳筛鼡Q部件.

鋼筋混凝土剪力墻；可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)；可更換部件；設(shè)計(jì)方法；抗震性能

隨著建筑技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)建筑投入的增加，建筑結(jié)構(gòu)倒塌和人員傷亡數(shù)量得到了有效控制，但是地震所造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響依然十分巨大.若能在震后快速恢復(fù)結(jié)構(gòu)功能，則可以有效地減小間接經(jīng)濟(jì)損失.基于上述原因，2009年1月，美日學(xué)者在NEES／E -Defense美日工程第2階段合作研究會(huì)議上，首次提出將“可恢復(fù)功能城市”（resilient city）作為地震工程合作的大方向［1］，標(biāo)志著可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)成為抗震研究的主流方向之一.目前，可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)通?？煞譃閾u擺結(jié)構(gòu)［2－3］、自復(fù)位結(jié)構(gòu)［4－5］、可更換結(jié)構(gòu)3種形式［6－7］.

鋼筋混凝土剪力墻是目前應(yīng)用最為廣泛的高層結(jié)構(gòu)構(gòu)件之一.在鋼筋混凝土剪力墻的設(shè)計(jì)中，通常將剪力墻設(shè)計(jì)為彎曲型破壞模式，以保證其具有一定的延性.在彎曲型破壞模式下，剪力墻在遭遇超越設(shè)防烈度的地震作用下，剪力墻腳部混凝土往往嚴(yán)重壓潰，受壓鋼筋壓屈，給震后修復(fù)帶來困難.在剪力墻墻腳等易破壞的區(qū)域設(shè)置易拆卸可更換消能部件，引導(dǎo)地震能量集中于可更換部件，可以有效保護(hù)主體結(jié)構(gòu)免遭破壞.震后對(duì)可更換部件進(jìn)行更換，從而可以快速恢復(fù)結(jié)構(gòu)的功能.Lu等［8］提出以一種新型軟鋼橡膠組合支座作為剪力墻墻腳部件，并試驗(yàn)證明其具有較好的抗震性能且便于拆卸和更換，但安裝該支座剪力墻的剛度與承載力有一定程度降低.本文在此基礎(chǔ)上提出了一種新型的應(yīng)用于鋼筋混凝土剪力墻的可更換墻腳部件，介紹了其構(gòu)造形式，給出了可更換墻腳部件剪力墻的設(shè)計(jì)原理，并利用有限元軟件ABAQUS和OpenSees建立了該新型剪力墻的有限元模型，對(duì)其設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了驗(yàn)證.

1 可更換墻腳部件剪力墻組成

典型可更換墻腳部件剪力墻（簡(jiǎn)稱為新型剪力墻）如圖1所示，主要結(jié)構(gòu)特征在于用可更換的拉壓消能部件代替剪力墻墻腳易破壞的鋼筋混凝土區(qū)域.

鋼管混凝土具有良好的抗壓性能，但若作為抗拉構(gòu)件則無法充分發(fā)揮其性能.防屈曲支撐具有良好的延性及耗能特性.然而，鋼筋混凝土剪力墻墻片抗壓承載力往往是抗拉承載力的數(shù)倍，傳統(tǒng)防屈曲支撐拉壓承載力基本相等，難以適應(yīng)鋼筋混凝土剪力墻的承載力要求.結(jié)合鋼管混凝土及防屈曲支撐的受力特點(diǎn)，提出了一種新型的可更換墻腳部件，其構(gòu)造如圖1所示.上下連接端板中間是可更換墻腳部件主體部分，包括防屈曲軟鋼內(nèi)芯、鋼管混凝土及預(yù)緊自填充單元.預(yù)緊自填充單元由抗壓鋼墊片塞入斜鋼托，抗壓鋼墊片設(shè)計(jì)為受壓時(shí)能夠始終保持彈性.抗壓鋼墊片外圍由預(yù)緊線圈提供指向圓心的緊箍力.防屈曲軟鋼內(nèi)芯表面涂油，與鋼管混凝土無黏結(jié)，與上部斜鋼托及下部連接端板焊接，端部局部加強(qiáng)以防止端部破壞.受拉時(shí)，防屈曲內(nèi)芯承受拉力而伸長(zhǎng)，與鋼管混凝土脫開，不會(huì)引起鋼管混凝土拉壞，同時(shí)，由于內(nèi)芯伸長(zhǎng)，斜鋼托與鋼管混凝土上部的承壓鋼板間縫隙增大，抗壓鋼墊片在預(yù)緊力作用下內(nèi)收，將空隙自動(dòng)填充.反向受壓時(shí)，由于縫隙已經(jīng)自動(dòng)填滿，鋼管混凝土可以立即受壓，由軟鋼內(nèi)芯與鋼管混凝土共同承受壓力，鋼管混凝土可以防止軟鋼內(nèi)芯受壓屈曲.

2 可更換墻腳部件剪力墻設(shè)計(jì)

2.1 剪力墻可更換區(qū)域大小

如圖2所示，根據(jù)變形協(xié)調(diào)原理及平截面假定，應(yīng)變最大區(qū)域通常為剪力墻外邊緣處，剪力墻內(nèi)部區(qū)域則為應(yīng)變較小的區(qū)域.綜合考慮，可以劃定一個(gè)寬lc、高h(yuǎn)c的范圍為可更換區(qū)域.圖1中，剪力墻截面高度為hw，截面有效高度為h0，剪力墻底部截面的最大曲率為φu，剪力墻受壓區(qū)邊緣混凝土極限壓應(yīng)變?yōu)棣與，max，相對(duì)受壓區(qū)高度為ζ.彎曲破壞的剪力墻，可以用集中塑性鉸在剪力墻底部的模型進(jìn)行位移計(jì)算.假設(shè)極限變形狀態(tài)時(shí)，剪力墻底部等效塑性鉸高度hp范圍內(nèi)截面的塑性曲率相同，均為φp＝φu－φy

［9］，其中φy表示剪力墻底部截面的屈服曲率.

圖2 剪力墻可更換區(qū)Fig.2 Replaceable region of shear wall

式中：H表示剪力墻高度.

極限位移角可以表示為

設(shè)混凝土壓應(yīng)變超過εx的區(qū)域內(nèi)需要配置可更換部件，則可更換區(qū)域的寬度

本文取εx為0.001，能夠滿足非更換區(qū)域混凝土基本不發(fā)生破壞，該值可以根據(jù)性能目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整.1.5為放大系數(shù)，代表可更換區(qū)域不僅包括了無法滿足性能要求的破壞區(qū)域，還包含了破壞有可能轉(zhuǎn)移的區(qū)域.

由文獻(xiàn)［10］可得剪力墻等效塑性鉸高度經(jīng)驗(yàn)公式為

假設(shè)變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生的變形量主要集中在可更換區(qū)域，則可更換段應(yīng)包含塑性鉸區(qū)域，即

2.2 可更換剪力墻承載力及構(gòu)造設(shè)計(jì)

可更換區(qū)域的承載力應(yīng)適當(dāng)削弱，可更換區(qū)域附近非更換區(qū)域的承載力應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng).這樣，才能保證可更換區(qū)域率先屈服且破壞不會(huì)向非更換區(qū)域轉(zhuǎn)移.新型剪力墻承載力設(shè)計(jì)見圖3，圖3中括號(hào)內(nèi)數(shù)字表示新型結(jié)構(gòu)剪力墻與傳統(tǒng)剪力墻對(duì)應(yīng)區(qū)域屈服承載力的比值.

圖3 新型剪力墻承載力及構(gòu)造設(shè)計(jì)Fig.3 Carrying capacity and detail design of new shear wall

如圖3所示，新型剪力墻主要采取以下構(gòu)造措施：通過預(yù)埋連接件實(shí)現(xiàn)剪力墻與可更換部件之間的連接.在可更換區(qū)域附近的非更換區(qū)域增設(shè)加強(qiáng)鋼板，以增加非更換區(qū)域與可更換區(qū)域的強(qiáng)度差，且防止預(yù)埋件附近局部應(yīng)力集中而導(dǎo)致非更換部分破壞.加強(qiáng)鋼板同時(shí)彌補(bǔ)了結(jié)構(gòu)因可更換區(qū)域削弱而減小的剛度與強(qiáng)度.由于可更換墻腳部件的抗剪承載力相比非更換部分低很多，為便于計(jì)算且偏于安全考慮，在設(shè)計(jì)時(shí)可更換墻腳部件的抗剪承載力可忽略不計(jì)，則可更換剪力墻底部受剪承載力可依據(jù)文獻(xiàn)［11］中鋼板剪力墻相關(guān)部分進(jìn)行計(jì)算.

2.3 自填充單元設(shè)計(jì)

如圖4所示，設(shè)鋼筋混凝土剪力墻底端鋼筋極限伸長(zhǎng)量為Δ，承壓鋼墊片長(zhǎng)度為l1，可更換部件直徑為r，可更換部件抗拉內(nèi)芯端部加強(qiáng)件直徑為r1，通過設(shè)計(jì)，可以滿足

式中μ為抗壓鋼墊片與承壓鋼板之間的摩擦系數(shù).

滿足式（6）時(shí)抗壓鋼墊片會(huì)出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，無論作用在承壓鋼墊片的主動(dòng)力的合力F有多大，總有一個(gè)反力Fs＝μFy與Fx平衡，即受拉時(shí)承壓鋼墊片會(huì)向內(nèi)收緊，填充剪力墻抬升時(shí)的空隙，受壓時(shí)承壓鋼墊片不會(huì)被壓力彈出.

圖4 摩擦自鎖Fig.4 Self－locking of friction

3 算例驗(yàn)證

3.1 新型剪力墻設(shè)計(jì)參數(shù)

為了驗(yàn)證基于位移設(shè)計(jì)的彎曲型破壞鋼筋混凝土剪力墻抗震性能，Thomsen等［12］對(duì)4片1／4縮尺比例的剪力墻試件進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)研究.本文選用RW2試件對(duì)可更換墻腳部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行說明.構(gòu)件尺寸及配筋見圖5，其中，剪力墻軸壓比為0.1，＃2鋼筋直徑為6.35 mm，＃3鋼筋直徑為9.50 mm.

圖5 剪力墻尺寸及配筋［12］Fig.5 Dimensions and reinforcement of shear wall［12］

假定位移角達(dá)到1.5%前破壞可被限制在可更換區(qū)域，根據(jù)本文的設(shè)計(jì)方法，將傳統(tǒng)剪力墻RW2設(shè)計(jì)為新型剪力墻，剪力墻取用表1的設(shè)計(jì)參數(shù)，每個(gè)可更換區(qū)域布置3根可更換部件.

3.2 OpenSees軟件分析

3.2.1 分析模型

根據(jù)文獻(xiàn)［12］和表1，以RW2試件為基礎(chǔ)，共建立了5個(gè)分析模型，包括1個(gè)傳統(tǒng)剪力墻模型（見圖6）和4個(gè)新型剪力墻模型（見圖7）.新型剪力墻模型與傳統(tǒng)剪力墻模型區(qū)別在于是否設(shè)置加強(qiáng)鋼板和自填充單元，設(shè)計(jì)參數(shù)見表2，模型分析參數(shù)見表3.傳統(tǒng)剪力墻節(jié)點(diǎn)1、2及節(jié)點(diǎn)3、4之間的纖維單元截面設(shè)置為墻體邊緣構(gòu)件，而新型剪力墻節(jié)點(diǎn)1′、2′及節(jié)點(diǎn)3′、4′之間的纖維單元截面設(shè)置為可更換墻腳部件，取消節(jié)點(diǎn)1′、2′、5′、6′及節(jié)點(diǎn)3′、4′、7′、8′間的四邊形單元，使得節(jié)點(diǎn)1′與5′、節(jié)點(diǎn)7′與3′之間無連接關(guān)系.采用equalDOF命令使節(jié)點(diǎn)2′與6′、節(jié)點(diǎn)8′與4′之間的水平向自由度一致，用以模擬預(yù)埋件的作用.試驗(yàn)豎向力N分為5份，每份大小均為N／5加載至分析模型頂部的節(jié)點(diǎn)，水平力P的位置按照試驗(yàn)加載點(diǎn)設(shè)定.不考慮鋼板與鋼筋混凝土（RC）墻體之間的黏結(jié)滑移，采用共節(jié)點(diǎn)建模方式.邊緣約束構(gòu)件與剪力墻板之間采用equalDOF命令組合，協(xié)調(diào)兩者之間的變形.

表1 剪力墻設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1_Design parameters of shear wall

圖6 傳統(tǒng)剪力墻分析模型Fig.6 Analytical model of traditional shear wall

圖7 新型剪力墻分析模型Fig.7 Analytical model of new shear wall

表2 新型剪力墻設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.2_Design parameters of new shear wal

表3 剪力墻分析參數(shù)Tab.3_Analytical parameters of shear wall

3.2.2 材料本構(gòu)關(guān)系

（1）剪力墻板材料本構(gòu)模型中部剪力墻板采用基于循環(huán)軟化膜模型

（CSMM）的平面應(yīng)力材料，具體參數(shù)取值可參見文獻(xiàn)［13］.

（2）Hysteretic材料本構(gòu)

考慮自填充單元的鋼管混凝土本構(gòu)關(guān)系如圖8所示，為了模擬抗壓迅速響應(yīng)的特點(diǎn)，采用Hysteretic材料.圖8中，O點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，C1、C2為鋼管混凝土骨架曲線［14］，Eg為考慮緊箍作用的鋼管混凝土組合剛度［15］.由于鋼管約束作用，C2出現(xiàn)上升段，這里簡(jiǎn)化為雙折線，假定達(dá)到A點(diǎn)后強(qiáng)度保持不變.由于不受拉力，點(diǎn)B和B′應(yīng)力均為零，先受拉后受壓時(shí)，應(yīng)力路徑為O—B—A′，或O—B′—A″.對(duì)于鋼管混凝土反復(fù)受壓加卸載剛度退化，目前國內(nèi)外研究缺乏足夠理論依據(jù)，在OpenSees中對(duì)于剛度退化，主要通過設(shè)置延性退化系數(shù)來定義，本文中取延性退化系數(shù)為0.8.此外，取變形捏縮系數(shù)為0.1，力捏縮系數(shù)為0.6.

圖8 鋼管混凝土本構(gòu)關(guān)系Fig.8 Stress－strain relationship of concrete filled steel tube

3.2.3 與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

RW2剪力墻OpenSees軟件計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比如圖9所示.可以看出，分析模型很好地反映了剪力墻整體滯回行為，分析方法對(duì)構(gòu)件峰值承載力和剛度退化都有較高的預(yù)測(cè)精度，說明本文的建模過程是合理的.

圖9 RW2剪力墻滯回曲線Fig.9 Hysteretic curve of RW2shear wall

圖10 剪力墻滯回曲線Fig.10 Hysteretic curve of shear wall

3.2.4 分析結(jié)果

新型剪力墻與傳統(tǒng)剪力墻滯回曲線計(jì)算值對(duì)比見圖10.由圖10a和b可知，無鋼板新型剪力墻承載力及剛度比傳統(tǒng)剪力墻偏低，這是由于墻腳部件承載力及剛度削弱引起的.由圖10c和d可知，由于鋼板的作用，結(jié)構(gòu)承載力高于傳統(tǒng)剪力墻，剛度則與傳統(tǒng)剪力墻相當(dāng)，且滯回環(huán)更加飽滿.以上現(xiàn)象說明附加鋼板的新型剪力墻能夠滿足結(jié)構(gòu)剛度及承載力的要求，且具有良好的耗能能力.此外，有自填充單元的新型剪力墻均比無自填充單元的剪力墻滯回環(huán)更飽滿，說明自填充單元能夠有效地增加結(jié)構(gòu)的耗能能力.

3.3 ABAQUS軟件分析

3.3.1 分析模型

根據(jù)文獻(xiàn)［12］和表1，以RW2試件為基礎(chǔ)共建立了3個(gè)分析模型，包括1個(gè)傳統(tǒng)剪力墻模型、1個(gè)傳統(tǒng)剪力墻底部1 300mm區(qū)域附加2mm鋼板的模型，以及按照表1參數(shù)設(shè)計(jì)的1個(gè)新型剪力墻模型.有限元模型及其配筋如圖11所示.

鋼筋采用空間桁架單元T3D2，混凝土、鋼板及軟鋼內(nèi)芯采用線性減縮積分單元C3D8R.

鋼筋及鋼板通過ABAQUS軟件中的Embeded命令嵌入到混凝土單元中，不考慮鋼筋、鋼板與混凝土之間的黏結(jié)滑移.受拉側(cè)抗拉內(nèi)芯與上下部連接端板用Tie命令實(shí)現(xiàn)連接.受拉側(cè)鋼管混凝土與上部端板無連接，用以模擬鋼管混凝土受拉脫開的特性，受壓側(cè)鋼管混凝土及抗拉內(nèi)芯與上下部連接端板均用Tie命令實(shí)現(xiàn)連接，用以模擬鋼管混凝土及抗拉內(nèi)芯共同受壓的特性.設(shè)Y方向?yàn)榭筛鼡Q構(gòu)件受拉及受壓方向，采用連接單元耦合抗拉內(nèi)芯與鋼管混凝土X和Z方向的自由度，用以模擬鋼管混凝土對(duì)抗拉內(nèi)芯的約束，放松Y方向的自由度，用以模擬抗拉內(nèi)芯Y方向與鋼管混凝土之間的相互錯(cuò)動(dòng).此外，由于外圍鋼管主要起約束作用，因此鋼管不建模，內(nèi)部混凝土采用受約束鋼管混凝土本構(gòu)關(guān)系.

圖11 有限元模型Fig.11 Finite element model

3.3.2 材料本構(gòu)

為了對(duì)比損傷開展，采用塑性損傷模型模擬混凝土損傷發(fā)展情況.損傷塑性模型通過定義損傷因子d來反映材料初始（無損）彈性模量E0與損傷后彈性模量E之間的關(guān)系，即E＝（1－d）E0.d可通過應(yīng)力應(yīng)變曲線和下式得到［16］：

式中：下標(biāo)c表示壓縮，t表示拉伸；dc和dt分別為混凝土壓縮與拉伸損傷因子；ε（p）c和ε（p）t分別為壓縮與拉伸塑性應(yīng)變；σc和σt分別為壓縮與拉伸應(yīng)力；Ec為混凝土彈性模量；bc和bt分別取0.7和0.9.

3.3.3 計(jì)算值驗(yàn)證

按照上述建模過程，對(duì)本文試驗(yàn)研究的剪力墻試件進(jìn)行有限元建模并進(jìn)行單向推覆分析（推至最大層間位移角為2.5%）.圖12是RW2試件有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，圖13為附加4mm鋼板且設(shè)置自填充單元的新型剪力墻采用2個(gè)軟件計(jì)算得到的荷載-位移骨架曲線對(duì)比，兩者結(jié)果比較一致.

圖12 RW2試件計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比Fig.12 Comparison between calculation and testfor RW2shear wall

圖13 OpenSees和ABAQUS軟件計(jì)算結(jié)果對(duì)比Fig.13 Comparison of caculation results between OpenSees and ABAQUS

3.3.4 分析結(jié)果

圖14是剪力墻層間位移角為1.5%時(shí)受壓損傷分布圖.為了便于對(duì)比，損傷因子上限取為0.4.圖中黑色虛線內(nèi)為損傷因數(shù)超過0.4的區(qū)域.由圖14可知，傳統(tǒng)剪力墻破壞主要集中在墻腳，附加2mm鋼板的傳統(tǒng)剪力墻破壞主要集中在鋼板加強(qiáng)區(qū)與非加強(qiáng)區(qū)分界處，這是由于底部剪力墻承載力過高，大部分破壞轉(zhuǎn)移到了上部區(qū)域.這說明單純?cè)趥鹘y(tǒng)剪力墻底層附加鋼板無法防止結(jié)構(gòu)破壞，反而會(huì)使破壞區(qū)域轉(zhuǎn)移，造成維修更為困難.由圖14a可知，新型剪力墻非更換區(qū)域幾乎沒有發(fā)生明顯破壞.說明通過合理設(shè)計(jì)，新型剪力墻附加鋼板并不會(huì)使破壞向上層轉(zhuǎn)移，破壞被引導(dǎo)集中分布于可更換區(qū)域.

圖14 受壓損傷分布圖Fig.14 Distribution of compressive damage

圖15是最大層間位移角為1.5%時(shí)等效受拉塑性應(yīng)變?cè)茍D，由等效塑性應(yīng)變分布可以對(duì)比裂縫寬度的分布.這里將變形放大15倍，便于對(duì)比變形.應(yīng)變分析時(shí)將基礎(chǔ)和加載梁設(shè)為剛性體，以消除其對(duì)墻體應(yīng)變的影響.圖中等效受拉塑性應(yīng)變上限取為0.03，黑色虛線內(nèi)為塑性應(yīng)變較大的區(qū)域.由圖15知，傳統(tǒng)剪力墻主要在墻腳處形成寬度較大的主裂縫，新型剪力墻及附加2mm鋼板的傳統(tǒng)剪力墻主裂縫主要集中在鋼板加強(qiáng)區(qū)與非加強(qiáng)區(qū)分界處.對(duì)比主拉裂縫處最大等效拉應(yīng)變值，新型結(jié)構(gòu)僅約為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的1／3.觀察變形，可以看到軟鋼內(nèi)芯明顯伸長(zhǎng)，可更換部件頂端與剪力墻形成縫隙.由于新型剪力墻軟鋼內(nèi)芯與鋼管混凝土之間無黏結(jié)，可更換部件混凝土幾乎不產(chǎn)生受拉塑性應(yīng)變.由于變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生的變形量主要集中于可更換區(qū)域，上部非更換區(qū)域不會(huì)發(fā)生過大的塑性變形.

圖16是最大層間位移角為1.5%時(shí)剪力墻鋼材應(yīng)力分布圖.圖中黑色虛線內(nèi)為鋼材屈服的區(qū)域.由圖16可知，新型剪力墻非更換區(qū)域與可更換部件連接處應(yīng)力很小，說明通過設(shè)計(jì)可以使連接處保持彈性；上層鋼板應(yīng)力低于屈服點(diǎn)，說明通過設(shè)置鋼板，可以有效防止局部應(yīng)力集中引起的結(jié)構(gòu)破壞.對(duì)比傳統(tǒng)剪力墻結(jié)構(gòu)，新型剪力墻鋼材屈服更多地集中于結(jié)構(gòu)底層的可更換區(qū)域，說明非更換區(qū)域得到了保護(hù).附加2mm鋼板的傳統(tǒng)剪力墻結(jié)構(gòu)底部鋼板屈服區(qū)域較小，而上部鋼筋屈服區(qū)域變大，說明由于底部鋼板厚度較大，底部承載力過高，使得鋼筋屈服向上層轉(zhuǎn)移.

圖15 受拉等效塑性應(yīng)變?cè)茍DFig.15 Distribution of tension equivalent plastic strain

圖16 鋼材應(yīng)力分布圖Fig.16 Distribution of steel stress

圖17為通過ABAQUS軟件計(jì)算得到的新型剪力墻與RW2傳統(tǒng)剪力墻荷載-位移骨架曲線對(duì)比.由圖17可知，由于鋼板的加強(qiáng)，新型剪力墻剛度與傳統(tǒng)剪力墻相當(dāng)，承載力則比傳統(tǒng)剪力墻有了很大提高.

圖17荷載-位移骨架曲線

Fig.17 Force－displacement skeleton curve

4 結(jié)論

（1）本文所提出的可更換墻腳部件荷載-位移滯回曲線滯回環(huán)飽滿，具有良好的耗能能力.

（2）新型剪力墻中附加的鋼板有利于結(jié)構(gòu)保持足夠的剛度及承載力，設(shè)置自填充單元可以增強(qiáng)可更換部件的耗能能力.

（3）算例分析表明，本文提出的新型剪力墻設(shè)計(jì)方法是合理的，能夠保證新型剪力墻具有足夠的剛度和承載力，且能夠?qū)⑵茐囊龑?dǎo)至可更換部件，從而保護(hù)非更換區(qū)域免遭破壞.

（4）算例分析表明，本文提出的新型剪力墻具有良好的抗震性能和震后快速恢復(fù)結(jié)構(gòu)功能的能力，能夠作為可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)使用.

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Design Method of New Type of Reinforced Concrete Shear Wall With Replaceable Corner Components and Its Analysis

LIU Qizhou1，2，JIANG Huanjun1，2
（1.State Key Laboratory for Disaster Reduction in Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China；2.Research Institute of Structural Engineering and Disaster Reduction，Tongji University，Shanghai 200092，China）

A new kind of reinforced concrete shear wall with replaceable corner components was put forward.Then，the design method of the shear wall was introduced.Finally，numerical simulation and comparison analysis were carried out.The results show that the new shear wall has superior anti－seismic capability，and the damage mainly concentrates at the replaceable components.

reinforced concrete shear wall；earthquake resilient structure；replaceable component；design method；seismic performance

TU973.14；TU398.2

A

0253－374X（2016）01－0037－08

10.11908／j.issn.0253－374x.2016.01.006

2014-12-22

國家自然科學(xué)基金（51478354）；“十二五”國家科技支撐計(jì)劃（2012BAJ13B02）

劉其舟（1986—），男，博士生，主要研究方向?yàn)楦邔咏Y(jié)構(gòu)抗震.E－mail：384548027＠qq.com

蔣歡軍（1973—），男，教授，博士生導(dǎo)師，工學(xué)博士，主要研究方向?yàn)楦邔蛹俺邔咏Y(jié)構(gòu)抗震.E－mail：jhj73＠#edu.cn