钢筋混凝土剪力墙弹塑性分析及应用

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1、第28卷第3期土木工程与管理学报VoI．28No．32011年9月JournalofCivilEngineeringandManagementSep．2011钢筋混凝土剪力墙弹塑性分析及应用万金国，苗启松(北京市建筑设计研究院，北京100045)摘要：介绍了PERFORM一3D中各种单元的弹塑性模型，对单片剪力墙和钢筋混凝土核心筒的试验模型进行了分析和对比，结果表明PERFORM-3D能有效模拟钢筋混凝土剪力墙的弹塑性性能。通过对某超高层框架核心筒建筑进行罕遇地震下的弹塑性时程分析，评价了该结构的抗震性能，并说明了应用PERFORM-3D进行结构抗震分析

2、和评估的过程。关键词：PERFORM一3D；剪力墙；弹塑性时程分析；抗震性能评估中图分类号：TU973．2文献标识码：A文章编号：2095-0985(2011)03-0196-05PERFORM-3D三维结构非线性分析与性能切破坏，通过在梁两端设置剪切强度截面，根据规评估软件是由美国加州大学Berkeley分校的鲍威范计算截面的抗剪承载力，如果计算后截面剪力尔教授(Prof．GrahamH．Powel1)在Drain-2DX和超过抗剪承载力，则需要调整梁截面或配筋，防止Drain一3DX的基础上发展而来，使用以变形或强框架梁发生剪切破坏，这种按强度设计的

3、方法与度为基础的极限状态，致力于对结构进行抗震分一般的弹性设计方法原理是一样的。析和性能化评估，其分析结果得到了国际学术界(2)连梁单元。在PERFORM-3D中对连梁和工程界的广泛认可，尤其是对错综复杂的剪力进行模拟可以采用梁单元和墙单元两种方式，建墙体系，能为使用者提供其他软件一般不具备的议采用梁单元，这样可以简化墙单元的划分，而且动力弹塑性分析功能，既可以用于工程设计，也能更能直观体现出连梁的受力变形特性。在采用梁用于对新软件进行测试和对实验结果进行校核。单元模拟连梁时，由于剪力墙单元的节点不具备下面重点介绍PERFORM一3D的基本单元，并转动刚

4、度，造成结构刚度偏小，PERFORM-3D的通过与试验对比来检验其结果的合理性，最后运使用说明⋯中建议设置嵌入梁(imbeddedbeam)，用PERFORM．3D对某超高层建筑进行弹塑性时来连接连梁与剪力墙，嵌入梁梁宽可取连梁的2O程分析和性能评估。倍，但截面面积和抗扭刚度应取一个小值，避免增大原结构刚度。与框架梁不同，连梁的跨高比1单元及材料模型一般比较小，容易发生剪切塑性破坏，因此在其跨中布置剪切塑性铰，模拟其剪切非线性，如图1中1．1单元模型(b)所示。PERFORM．3D提供了多种单元类型，主要包括杆单元、梁单元、柱单元、墙单元、隔振器单元以(

5、a)框架梁(b)连梁及BRB(BucklingRestrainedBrace)单元等等，可以满足结构抗震分析中的各种需求。在对结构进行弹塑性分析时，常用的单元模(c)框架柱(d)剪力墙型主要包括：框架梁、框架柱、连梁和剪力墙。图1弹塑性单元模型(1)框架梁单元。框架梁弹塑性模型一般采(3)框架柱单元。框架柱的受力比框架梁复用塑性铰模型，如图1中(a)所示，包括两端的弯杂，其屈服面为空间曲面，考虑轴力一弯矩的耦合曲铰，以及中间的弹性杆。一般框架梁的跨高比效应，文献[2]中给出了屈服面相关方程，并可由大于5，容易实现“强剪弱弯”，为避免发生脆性剪收稿日期：2

6、011-08-06作者简介：万金国(1983-)，男，湖北荆州人，工程师，博士，研究方向为结构抗震(Email：wanjinguo83@163．corn)第3期万金国等：钢筋混凝土剪力墙弹塑性分析及应用‘197·用户设置相关系数。与框架梁类似，框架柱的弹性，对两组模型进行分析，并与其试验数据进行对塑性模型包括两端轴力弯矩耦合塑性铰，中间剪比，两组模型分别为单片钢筋混凝土剪力墙和钢切强度截以及弹性杆，如图1中(c)所示。筋混凝土核心简。2．1与单片剪力墙试验对比＼＼单片剪力墙的试验数据主要来源于文献[4＼＼＼＼～17]，其分析结果见图3。●＼＼／／、／、＼

7、I

8、图2柱单兀相关屈服面在定义柱端PMM耦合铰时，需要指定几个关键点的截面特性：截面拉、压承载力，截面单向受弯承载力，以及在轴力和单向弯矩共同作用下截面的承载力(受拉钢筋屈服和受压混凝土压碎同时发生)，如图2所示。(4)剪力墙单元。PERFORM一3D的最大优势是能较好的完成对剪力墙结构的弹塑性分析。PERFORM一3D中对剪力墙的计算采用的是纤维墙元模型⋯，其轴向一弯曲特性和剪切特性分别由两个不同的模型定义。轴向一弯曲特性通过5—515355575纤维截面来定义，包括混凝土纤维和钢筋纤维，剪(c)型钢混凝土剪力墙(d)双肢剪力墙切特性通过定义弹性或弹塑

9、性剪切材料来定义，图3试验与PERFORM3D结果比较一般为防止发生剪切破坏，可