地震作用下的剪力墙结构分析英文

地震作用下的剪力墙结构分析英文（精选4篇）

地震作用下的剪力墙结构分析英文 篇1

钢框架-钢筋混凝土剪力墙结构的地震能量反应分析

以17个钢框架-钢筋混凝土剪力墙混合结构为样本,选取结构自振周期T和结构刚度特征值λ作为分析参数,分析它们在不同类型地震动下的地震能量反应.研究表明.混合结构体系在地震作用下总输入能的`大小主要与结构的自振周期以及地震动类型有关,剪力墙与钢框架之间的刚度关系对总输入能影响不大;总输入能等效速度谱的形态受地震动类型的影响很大,同一地震动作用下,幅值与等效速度谱值之间基本能够维持线性增长的关系,但随着结构塑性发展的加剧,这种线性增长关系的离散度会变大;在结构自振周期不变化的前提下,结构的滞回耗能比以及底部剪力墙承担滞回耗能的比例都会随结构刚度比的增大而减小.

作 者：刘哲锋 沈蒲生 龚胡广 LIU Zhefeng SHEN Pusheng GONG Huguang 作者单位：湖南大学,土木工程学院,湖南长沙,410082刊 名：地震工程与工程振动 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING VIBRATION年，卷(期)：200727(2)分类号：P315.952关键词：混合结构 输入能 滞回耗能 能量反应

地震作用下的剪力墙结构分析英文 篇2

使用近似计算,即底部剪力法计算时,规范中规定计算的要求为:建筑物高度在40 m以下,刚重比分布比较均匀,房屋高宽比不大于4,并且主要的变形以剪切变形为主,位移是通过基本振型计算的;基本振型可以近似的取直线计算,振型图见图1。

高振型对计算的结果影响很大。因此,在满足上述条件下,在进行抗震计算和验算时,使用基本振型计算可以更加准确,通过实验我们可以看出建筑物在基本振型时,质点的相对水平位移与质点的计算高度成正比,水平位移为Xi1,计算高度为Hi,两者的比例关系为:

Xi1=ηHi。

其中,η为比例常数。

剪力法计算图见图2。

1 理论分析

平地震作用标准值可写成:

Fi=β1λ1x1xGi (1)

则结构总水平地震作用标准值,即结构底部剪力可写成:

$F{}_{E{\rm K}}={\displaystyle \sum _{i=1}^{n}F}{}_i={\displaystyle \sum _{i=1}^n\beta }{}_1\lambda {}_1\mu {\rm H}{}_{k}G{}_i$ (2)

$\lambda {}_1=\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}G}{}_i\mu {\rm H}{}_i}{{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}G}{}_i(\mu {\rm H}{}_i){}^2}=\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}G}{}_i{\rm H}{}_i}{\mu {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}G}{}_i{\rm H}{}_i^2}$ (3)

代入式(2)中,得:

$F{}_{E{\rm K}}=\beta {}_1\frac{({\displaystyle \sum _{i=1}^{n}G}{}_i{\rm H}{}_i){}^2}{\mu {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}G}{}_i{\rm H}{}_i^2}$ (4)

将式(4)乘以$\frac{G}{{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}G}{}_i}$得:

$F{}_{E{\rm K}}=\beta {}_1\frac{({\displaystyle \sum _{i=1}^{n}G}{}_i{\rm H}{}_i){}^2}{\mu {\displaystyle \sum _{i=1}^{n}G}{}_i{\rm H}{}_i^2}\cdot \frac{G}{{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}G}{}_i}=\beta {}_1\theta G$ (5)

那么,建筑物结构总水平地震作用标准值计算公式可写成:

FEK=β1Geq (6)

其中,β1为对应基本周期的水平地震影响系数。

Geq=θG

G=∑ni=1Gi (7)

其中,G为结构重力荷载;Geq为同等重力荷载;θ为重力荷载系数,《规范》规定θ=0.85。作用在基本振型第i个质点上的水平地震力Fi可由式(2)得:

$\beta {}_1\lambda {}_1\mu =\frac{1}{{\displaystyle \sum _{j=1}^{n}G}{}_j{\rm H}{}_j}F{}_{E{\rm K}}$ (8)

代入式(1)等效为下式:

$F{}_i=\frac{G{}_i{\rm H}{}_i}{{\displaystyle \sum _{j=1}^{n}G}{}_j{\rm H}{}_j}F{}_{E{\rm K}}$ (9)

其中,FEK为结构总水平地震作用标准值;Gi,Gj均为相邻质点的重力荷载代表值;Hi,Hj分别为质点i,j的高度。

混凝土框架结构房屋,房屋顶部的地震力按底部剪力法计算结果偏小,对于自振周期长的多层钢筋混凝土框架结构房屋,采取调整地震作用的办法,增加顶层地震力。

《抗震规范》规定,按下式计算质点的水平地震作用标准值:

$F{}_i=\frac{G{}_i{\rm H}{}_i}{{\displaystyle \sum _{j=1}^{n}G}{}_j{\rm H}{}_j}F{}_{E{\rm K}}(1-v{}_n)$ (10)

ΔFn=vnFEK (11)

其中,vn为顶部附加地震作用系数,多层钢筋混凝土取0.2,见表1;ΔFn为顶部附加水平地震作用力,见图3;FEK为地震荷载标准值。

2结语

底部剪力法适用于一般的多层砖房等砌体结构、内框架和底部框架抗震墙砖房、单层空旷房屋、单层工业厂房及多层框架结构等低于40 m以剪切变形为主的规则房屋。

相关地震灾害显示,屋面上的屋顶构筑物间,如电梯机房、屋顶存水水箱、女儿墙等,它们受地震影响的程度要大于下部结构的受震害程度。在屋面上布置出屋面的机房、水箱间是为了满足高层用水和电梯升降的需要,但这些建筑物的质量和刚度的突然变小,因为上下建筑物的刚度差,重量差,使地震的程度增加,这就是所谓的鞭端效应。因此,《抗震规范》规定,当采用近似法计算抗震作用时,即底部剪力法,对于这些结构的地震作用效应,宜乘以增大系数。

摘要：针对结构水平地震作用进行了理论分析,提出了底部剪力法这一计算方法,并指出《抗震规范》规定,当采用底部剪力法计算抗震作用时,结构的地震作用效应宜乘以增大系数。

关键词：水平地震作用,反应谱法,底部剪力法

参考文献

[1]中国建筑工业出版社.建筑结构抗震规范[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.

[2]GB50010-2010,混凝土结构设计规范[S].

[3]巴荣光.砌体结构地震剪力的简化计算方法[J].建筑结构学报,1990(5):37-38.

地震作用下的剪力墙结构分析英文 篇3

关键词：动土压力,地下结构,弹性解

0前言

地震环境下的土压力是地下结构抗震设计中的重要指标。利用弹性模型有效地分析影响地下结构侧墙的地震土压力的一些主要的参数。 Scott 和Wood等人提出了建立在弹性波理论上的刚性挡土墙弹性解。Veletsos和Younan等人在此基础上扩展出了挡土墙底部可以弯曲和旋转的弹性解。不同于早期著名的Mononobe-Okabe土压力计算方法,这种弹性解能评价出土压力的分布和作用点。通过已知理论解,一些主要影响地震土压力的参数可以归纳为:①相对抗弯刚度;②转动灵活性。之后Psarropoulos等人通过有限元的方法验证了此弹性解。

本文利用有限元进行地下结构的侧墙的土压力研究,提出为了简化计算土压力方法的需要考虑的参数,并对其适用的范围提出了建议。

1相对抗弯刚度

考虑到地铁或者隧道,其长度远远超过宽度,所以简化为二维平面应变问题。引入以下的参数来分析影响固定高度H的地下结构侧墙的动土压力:①影响侧墙自身弯曲位移的相对抗弯刚度D;②由于侧墙有支护作用的各层楼板而影响侧墙扭转和位移的相对灵活度R。

相对抗弯刚度D,由Veletsos等人定义为:

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式中,Gs为土的剪切模量;H为墙体的高度;Dw为墙体刚性。定义为:

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式中,Ew为墙的弹性模量,Iw为单位长度的惯性矩, Vw为泊松比。

D=0时说明是完全不弯曲的刚性墙体。

相对灵活度R由Veletsos等人定义为:

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式中,K为弹簧常数。

R=0时说明墙体底部不发生扭转和有支护部分不发生位移。

由于相对灵活度涉R及到不同层的楼板产生不同的效果,以及其会受到相对抗弯刚度D中的弹性模量的影响,可以在今后进一步进行探讨。在本文中重点讨论相对抗弯刚度D带来的影响。本文通过增加相对抗弯刚度来观察其对动土压力的影响。本文考虑四种可能性:①刚性结构和软土;②刚性结构和硬土;③灵活结构和软土;④灵活结构和硬土。

2数值模型

本文模型结构埋深3 m,宽10 m,深10 m 的地下连续结构,墙和底板厚为1 m。地下结构采用不同的混凝土参数进行计算,达到改变地下结构刚性的要求。具体参数分别列在表1中。土体为200 m宽,地面以下30 m内采用相同的土层弹性参数进行不同计算,达到改变土体硬度的要求。具体参数分别列在表2中;地面以下30 m为基岩。模型底部施加水平频率为2的间谐波,模拟地震波,最大加速度为0.1 g。地下结构与土体的接触面,采用连接约束。

3结果和分析

图2中显示了在不同的墙体刚度下,地震的最大动土压力沿深度的分布。为了绘制这些结果,我们将标准化坐标轴η=y/H。地震动土压力除以γH,这样标准化的目的是我们已知动土压力与有效应力成正比。标准化后的值可以看作是动土压力系数。

随着墙的弹性降低,也就是整体的抗弯刚度的增加,根据观察图2可知:①靠近墙端处的动土压力变小而远离支护处变化不大;②动土压力的最大值的位置向端处偏移;③当弹性模量小于10GPa时,土体对墙中部的位移影响已经很小。需要注意的是,这个土压力和纵轴所围的面积,即为作用在墙的等效水平力。以及其等效作用点我们将在后面继续讨论到。

图3中显示了在不同的土体硬度下,地震的最大动土压力沿深度的分布。观察图中可知,随着土体硬度的增加,也就是整体抗弯刚度的增加:①靠近墙端处的动土压力变小而远离支护处变化不大;②动土压力的最大值的位置向端处偏移;③当密度大于20 kN/m3时,土体对墙中部的位移影响已经很小。

图4(a)～(d)所示的是水平作用力F与其等效作用点位置h随着不同土体和不同的墙体的分布。我们将结构顶部的点设置为标准化点r,建立坐标系,随着标准化作用点的系数减小,说明作用点的位置离结构底部越近。随着土密度的增加,主动土压力作用点趋近于结构的0.6H处;被动土压力趋近0.1H处。对于不同墙体刚度的情况,主动土压力作用点起始于0.75H的位置,被动土压力作用点起始于0.1H处,均逐渐增大。从图中可知,墙体刚度对等效作用力的位置影响较大。

针对前述的四种情况,即以下四种组合:混凝土5和土4(状况一)、混凝土5和土1(状况二)、混凝土1和土4(状况三)、混凝土1和土1(状况四)等情况进行分析。分析结果如图5所示。通过该图,可以得出:刚性结构和土的接触紧密度不如灵活结构和土;最大动压力的位置大致相同;状况二的水平作用力最大,状况一的水平作用力最小。

以上结果是由土和墙得相互作用造成的。刚性结构的弹性模量不仅改变了墙体的强度,也改变了楼板的支护,其影响可见图中端点处的显著变化。对于弹性模量很大时,其影响主要由灵活性R控制,对此要研究此类的问题,我们需要考虑不同层的楼板支护和横截面。在本文中不做过多分析。

4结论

(1)相对弯曲刚度和灵活性对动土压力有非常显著的影响。

(2)在一定的范围内,墙体弹性模量的变化的影响更为明显。

(3)考虑到四种不同情况,动土压力在刚性结构和硬土情况下最大,在刚性结构和软土的情况下最小。

(4)动土压力的位置受到墙体的影响非常大。

地震作用下的剪力墙结构分析英文 篇4

建筑剪力墙结构截面的实际受弯承载力取决于发挥结构抗震性能最大化时的配筋量大小, 期间所涉及到的地震力取值问题, 需要根据地震力降低系数、结构超强系数、延性折减系数等, 通过理想二折线能力曲线和实际能力需求曲线, 分别确定其弹性强度、实际强度和设计强度。在此, 承载力的设计既要考虑弹塑性阶段的可靠度, 还需要对受拉破坏极限状态下截面应力和应变的分析, 确定剪力墙两端受力筋的屈服和压力抵消状态, 以此得出竖向应力的平衡关系。在此, 包括竖向钢筋抗拉强度标准值、配筋率、截面宽度、截面高度、截面受压区高度、截面约束区长度、约束混凝土压力、约束混凝土轴向抗压强度等, 均是设计时的重要参数。

2 抗震设计时地震取值分析的方法

在对剪力墙结构截面实际受弯承载力进行分析的基础上, 下面将结合剪力墙的结构特征, 对其地震取值展开全方位分析。笔者结合相关的建筑结构设计工作, 提出以下几方面的设计建议。

2.1 超强系数理论值分析

剪力墙试件的设计承载力, 包括材料强度和箍筋约束等在内的因素, 均是混凝土抗压强度设计需要考虑的内容, 其中混凝土抗压强度的设计值, 需要对剪力墙竖向分布钢筋抗拉强度进行分析, 进而确定具体的配筋率, 并结合混凝土试件的截面宽度和高度等, 借助相应的参数, 得出受拉破坏时的超强系数。除此之外, 在分析剪力墙超强系数理论值的时候, 还要求借助材料分项系数和轴压比等, 分析得出约束混凝土的抗压强度和截面相对受压区高度, 从而确定具体的竖向主受力筋和分布钢筋的具体配筋率。

2.2 选取约束混凝土应力-应变关系曲线

剪力墙两端所设置的边缘构件, 将形成对受压区混凝土的约束, 而鉴于混凝土本身设置了封闭箍筋, 并形成三轴受力状态, 因此在对混凝土承载力和变形能力设计的时候, 需要对混凝土的受力性能影响因素进行如下分析。

⑴箍筋形式分析。剪力墙构件截面的约束效果, 很大程度取决于箍筋的形式, 譬如螺旋或者焊接封闭的箍筋形式, 截面的受力状态均不一样, 而在实际设计工作中, 较为常见的为矩形箍筋, 因为这种箍筋制作起来相对简单, 并且能够在受力时, 可以形成约束作用的“压力拱”。

⑵箍筋直径和间距。剪力墙的核心区域, 在侧向约束力的作用下, 混凝土将会因为箍筋直径和间距的差异性, 而表现出不同的抗压强度, 原则上箍筋的直径越大, 能够用于抵抗混凝土挤压变形的弯曲刚度就越大, 这对于剪力墙混凝土保护层, 起到了防止掉块的作用。至于箍筋的间距, 需要将其控制在临界值内, 这样才能够避免在压应变下, 纵向超出屈曲限制值, 基于试验研究, 证实了混凝土构件在潜在塑性铰区内, 箍筋的间距需要控制在直径的6倍值范围内。

⑶箍筋强度。在接近峰值应变之前, 箍筋的应力处于较小状态, 此时混凝的强度和变形基本不受到箍筋强度的影响, 直至混凝土开裂, 箍筋就会出现横向变形, 只有强度较高的箍筋, 才足以提供较大的横向应变, 使得混凝土的极限压应变得以提高。

⑷纵筋直径和数量。剪力墙纵筋的合理分布, 起到约束核心区混凝土的作用, 其中纵筋的直径越大, 抗弯性能就越好, 尤其是挤压外向位置, 会有明显的约束作用。而纵筋的数量, 用于分担剪力墙截面的部分压力, 可以起到防止混凝土压碎破坏的作用。纵筋的直径和数量与横向箍筋的体积配箍率、箍筋抗拉强度、混凝土抗压强度等相关, 同时需要借助模型对相应参数进行表达。

2.3 比较超强系数试验值和理论值

剪力墙结构在实际受压区域的高度, 通常在约束区长度以下, 传统的超强系数计算公式已经不能继续适用剪力墙抗震设计平衡关系的理顺, 需要根据实际抗弯承载力的计算, 综合性考虑纵向受拉筋屈服后的强度效应, 以此选取合适强度标准值的混凝土材料和钢筋材料, 从而起到简化结构分析的效果。按照现行的规范设计, 要求在比较超强系数试验值和理论值的时候, 分析钢筋抗拉强度和配筋率的影响大小, 并按照水平分布钢筋的构造要求, 取值混凝土强度等级系数和配筋特征值, 这样所形成的超强系数理论值就可以按照实际情况展开计算。

2.4 地震剪力的取值

根据以上的设计流程, 在求解出剪力墙三性能水平地基剪力之后, 就能够根据剪力墙的承载力需求, 假设各个阶振型的独立和超强系数的统一。鉴于剪力墙混凝土存在不均匀性特征, 即离差系数和匀质系数两个指标, 因此要求保持混凝土结构系数的均匀性, 离差系数通过公式计算, 其中Cv表示混凝土不均匀特征的离差系数指标;σn表示混凝土浇筑后强度的均方差;R均表示混凝土浇筑之后的平均强度大小;R1表示单个混凝土试件的强度大小;n表示检查混凝土试件的数量。而均质系数通过公式计算, 其中Kn表示混凝土不均匀特征的匀质系数指标;Rmin表示混凝土浇筑后最小的强度;R表示混凝土浇筑之后设计的强度。至于剪力墙混凝土弹性模量在龄期中变化规律, 常用指数函数表示, 其公式为E (τ) =E0 (1-βe-ατ) , 上式中E (τ) 表示各个龄期混凝土的弹性模量;E0表示根据混凝土的强度等级规范, 成龄期混凝土弹性模量的取值;β表示混凝土的经验系数, 属于固定值, 取值为1;α表示混凝土的经验系数, 属于固定值, 取值为0.09;τ表示混凝土的龄期。但在设计时候, 剪力墙结构尖端的区域应力, 会趋向于无穷大, 其塑性区域究竟多大, 需要根据塑性区域的裂缝尺寸判断, 张开型裂缝受到平面应力的作用。通过以上的计算, 我们基本可以得出剪力墙结构抗震设计地震取值分析的基础条件, 那就是塑性变形是发生在剪力墙结构应力达到屈服极限的时候, 塑性区域在应力松弛的影响下进一步扩大。在平面应变的状态之下, 材料所在的屈服区域要比较小, 也就是说, 在同等应力的水平状态下, 平面应变状态之下的裂缝, 可能会比非平面应变状态的裂缝更容易扩展。换句话说, 剪力墙结构的内部应力和变形, 在地震取值影响之下, 会反复出现重新分布状态, 影响剪力墙结构本身的受力条件。因此我们在设计剪力墙结构的时候, 需要将结构的地震取值纳入考虑因素内, 通过对剪力墙内部和原型观测资料的收集, 计算出抗震设计所需的系数, 就可以提高设计的合理性、经济性、可靠性。

3 结束语

综上所述, 建筑剪力墙结构截面的实际受弯承载力, 取决于发挥结构抗震性能最大化时的配筋量大小。文章在对剪力墙结构截面实际受弯承载力进行分析的基础上, 结合剪力墙的结构特征, 对其地震取值展开全方位分析, 通过研究, 基本确定了剪力墙结构抗震设计地震取值的分析方法, 但具体的设计细节内容, 仍然需要结合实际工程的设计需求和条件, 对存在不周之处的设计细节, 予以进一步补充和完善。

参考文献

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[2]石光梅.对高层建筑抗震结构设计的探析[J].四川建材, 2013, (3) :29-30.

[3]田琦.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].中华建设, 2013, (3) :102-103.