联肢剪力墙的裂缝分布和破坏形态分析

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：在水平荷载作用下，联肢剪力墙的墙肢可能出现弯曲破坏或剪切破坏，墙肢的内力分布和破坏形态与连梁刚度和连梁承载力有密切关系。另一种情况是联肢剪力墙中受压墙肢的剪坏，美国伯克利加州大学所作的双肢剪力墙就出现了这种破坏，原因是在塑性变形的过程种受压墙肢的剪力增大，设计时对其估计不足而使墙肢受剪承载力不够，造成墙肢剪压破坏[61]。

联肢剪力墙具有连梁和墙肢两类构件，因而其裂缝分布和破坏形态比悬臂剪力墙更复杂，大体可归纳如下：

当连梁跨高比较大时，连梁以受弯为主，梁端可能出现塑性铰，最后弯曲破坏；多数联肢剪力墙的连梁跨高比都不大（l_l/h_b≤2），除了梁端容易出现竖向的弯曲裂缝外，中部容易出现斜裂缝，当抗剪能力不足或截面剪应力过大时，出现剪切破坏，也可能是弯曲屈服以后的剪切破坏。图7-16是一片联肢剪力墙经过加载试验后的情况，它有双排洞口，一侧连梁主要在梁端出现弯曲裂缝，另一侧连梁则出现了交叉剪切裂缝，并且已剪坏，1964年美国阿拉斯加地震中安克雷奇市两幢公寓剪力墙的破坏也是很典型的连梁剪切破坏（见第4章图4-41）。

在水平荷载作用下，联肢剪力墙的墙肢可能出现弯曲破坏或剪切破坏，墙肢的内力分布和破坏形态与连梁刚度和连梁承载力有密切关系。

图7-17比较了三片开洞不同的剪力墙模型试验的结果，模型中连梁和墙肢都是按照强剪弱弯设计的，三片墙都是墙肢弯曲破坏，见图a、图b、图c，d图是三片墙力—顶点位移关系曲线的比较^[60]。S—1A剪力墙有2排洞口，有较多连梁钢筋达到屈服，连梁上裂缝较多而墙肢的水平裂缝宽度较小；S—2墙有一排洞口，连梁上有很细的裂缝但钢筋没有屈服，底截面和二层底截面都出现了水平裂缝；S—3模型是没有洞口的悬臂墙，墙的刚度很大，底部出现一条水平裂缝，破坏时裂缝宽度最大为20mm，边缘受拉钢筋被拉断。由实测的荷载—顶点位移曲线比较可见，S—1A墙的刚度小而塑性变形大，延性很好；S—2墙洞口小而墙肢大，其刚度和塑性变形基本与整体悬臂墙S—3墙相同。

图7-16 连梁破坏的联肢剪力墙（清华大学）

图7-18是另外三片开了一排洞口的双肢剪力墙模型的试验比较^[60]，这三片墙的主要区别是连梁的配筋不同，也都是按照强剪弱弯设计的，它们最终都是墙肢弯曲破坏，但连梁的承载力不同使它们性能有所区别，d图为三片墙荷载—变形曲线的比较。S—5墙的连梁配筋最少（配筋率0.24%），有较多连梁钢筋屈服，而墙肢上的裂缝少而细，剪力墙的刚度较小、承载力较小而塑性变形较大；S—7墙的连梁配筋最多（配筋率0.62%），因而连梁钢筋没有屈服，墙肢的裂缝较多而粗，剪力墙的承载力较高而塑性变形较小（变形曲线的下降较早）；S—6墙介于二者之间。图e中给出了实测的墙肢截面应力分布，S—5两个墙肢的截面应力分布成锯齿形（连梁较弱的特征），而S—7两个墙肢截面应力基本成直线分布（连梁较强的特征）。

由以上两组试验比较说明，连梁刚度较大，或者配筋较多而连梁不屈服时，都有可能使开洞剪力墙的性能趋近于悬臂墙，对于实现超静定结构和提高剪力墙的延性是不利的。

图7-17 三片开洞不同的剪力墙模型比较试验（清华大学）

a）S—1模型 b）S—2模型 c）S—3模型 d）实测荷载—顶点位移曲线比较

开洞剪力墙的墙肢也可能剪切破坏。墙肢的剪跨比较小时可能剪坏，图7-19a所示的墙，其整体剪跨比在1.5以下，其墙面上出现几条贯通斜裂缝，最终剪坏；图7-19b是底部大空间剪力墙结构中的一片落地剪力墙，一层楼板处加的水平荷载较大使底层截面的剪跨比减小到1.39（实际结构中底层框支柱，由楼板传来的剪力很大），可以看到它底层墙体的剪切破坏情况。另一种情况是联肢剪力墙中受压墙肢的剪坏，美国伯克利加州大学所作的双肢剪力墙就出现了这种破坏，原因是在塑性变形的过程种受压墙肢的剪力增大（塑性内力重分布使剪力加大），设计时对其估计不足而使墙肢受剪承载力不够，造成墙肢剪压破坏^[61]。