張 慶，郭遠(yuǎn)東

(1.吉林建筑工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，吉林 長春 130000；2.吉林省新發(fā)建設(shè)開發(fā)中心，吉林 長春 130000)

利用建筑物墻體作為抵抗水平荷載，承受豎向荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體系[1].剪力墻結(jié)構(gòu)體系是一種有效的結(jié)構(gòu)體系，具有抵抗風(fēng)荷載，承受豎向荷載及抗震等三個(gè)功能；具有較高的抗側(cè)剛度，所以對(duì)減小結(jié)構(gòu)層間位移極為有效.然而，由于剛度較大，剪力墻會(huì)吸收大量的地震能量，并且剪力墻的自重比較大，提高了結(jié)構(gòu)的自重和工程造價(jià)，可以采用鋼筋混凝土空心剪力墻彌補(bǔ)實(shí)心剪力墻的缺點(diǎn).鋼筋混凝土空心剪力墻理論是在我國上世紀(jì)90年代提出的，它具有如下的優(yōu)點(diǎn)：鋼筋混凝土空心剪力墻中間有空氣層，具有很好的保溫、隔熱、隔音作用；采用一次性紙管內(nèi)模成孔和平板振搗器振搗施工，施工方便；極大的降低了結(jié)構(gòu)自重，并且降低工程造價(jià)，具有很好的經(jīng)濟(jì)性.本文采用時(shí)程分析法對(duì)鋼筋混凝土空心剪力墻與同體積實(shí)心鋼筋混凝土剪力墻進(jìn)行抗震位移分析.

1 時(shí)程分析法原理

時(shí)程分析方法是將地震波進(jìn)行時(shí)段數(shù)值化后，輸入結(jié)構(gòu)體系中，得到振動(dòng)微分方程，對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行彈性或彈塑性動(dòng)力分析，同時(shí)考慮地震的持續(xù)時(shí)間，使結(jié)構(gòu)處于動(dòng)力分析階段[2].使用時(shí)程分析法進(jìn)行地震作用的反應(yīng)分析時(shí)，必須確定合理的構(gòu)件模型和選擇合理的地震波.

地震波選取[3]可以采用以下三種途徑：①若在擬建場地有實(shí)際強(qiáng)震記錄時(shí)，可以采用該強(qiáng)震記錄.②國內(nèi)外都已經(jīng)積累了不少典型的、有代表性的強(qiáng)震記錄，可以根據(jù)實(shí)際情況采用典型的強(qiáng)震記錄.③采用人工擬合地震波.地震波的選取數(shù)量和選取原則需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選取，地震加速度記錄數(shù)量太少或太多都不能真實(shí)的反映結(jié)構(gòu)的抗震效果.

本文對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)程分析首先要選取地震波，由于沒有本擬建場地的實(shí)際強(qiáng)震記錄可以采用，因此選擇使用典型的強(qiáng)震記錄，一般的時(shí)程分析法進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震分析運(yùn)用的基本是四大經(jīng)典強(qiáng)震記錄，本文選擇的地震波是四大經(jīng)典強(qiáng)震記錄之一，發(fā)生于1940年美國Imperial山谷的EL-centro地震波東西方向的地震記錄，這是世界上第一條成功記錄全過程數(shù)據(jù)的地震波，對(duì)于人類地震的研究有著重大的意義.其次根據(jù)實(shí)際工程的場地情況對(duì)地震波的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，使其符合預(yù)定的加速度峰值.再次按照實(shí)際所處場地的設(shè)計(jì)分組(震中距離、震級(jí)大小)和場地類別(場地條件) ，調(diào)整地震頻譜特點(diǎn).最后根據(jù)本結(jié)構(gòu)工程的實(shí)際研究情況對(duì)地震調(diào)整持續(xù)時(shí)間，不論持續(xù)時(shí)間的長短，應(yīng)包含地震記錄的最強(qiáng)部分.

圖1 調(diào)整后的EL-centro(東西)地震

2 輸入地震波的選擇與調(diào)整

本文的地震波采用選取著名強(qiáng)震記錄中的EL-centro(東西)地震波記錄，本地震發(fā)生在1940年5月，震級(jí)為6.3級(jí)，適合于Ⅱ類場地，峰值加速度為210.1 cm/s2，依據(jù)以上地震波調(diào)整理論，將地震波進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的地震波如圖1所示.

圖2 二層空心剪力墻計(jì)算模型

圖3 空心剪力墻的二層頂點(diǎn)的位移時(shí)程曲線

圖4 空心剪力墻的一層頂點(diǎn)的位移時(shí)程曲線

圖5 同體積普通剪力墻的二層頂點(diǎn)的位移時(shí)程曲線

圖6 同體積普通剪力墻的一層頂點(diǎn)的位移時(shí)程曲線

3 空心剪力墻與同體積普通剪力墻位移對(duì)比分析

本文在分析鋼筋混凝土普通剪力墻和空心剪力墻時(shí)，根據(jù)剪力墻的尺寸和優(yōu)化計(jì)算確定的孔洞率，通過ANSYS對(duì)空心剪力墻建立初始模型如圖2所示，由于鋼筋混凝土空心剪力墻中孔洞均勻分布，此構(gòu)件中孔間距及壁厚相對(duì)于整個(gè)構(gòu)件尺寸很小，造成單元?jiǎng)澐诌^多，對(duì)于空心剪力墻計(jì)算分析都很困難，當(dāng)單個(gè)計(jì)算文件容量大于4G，計(jì)算難以完成.本文建立一個(gè)二層空心剪力墻簡易模型進(jìn)行鋼筋混凝土空心剪力墻和同體積實(shí)心鋼筋混凝土剪力墻的位移對(duì)比分析，計(jì)算模型如圖2，EL-Center波的記錄時(shí)長12s，時(shí)間間隔0.02s，從一記錄值中每個(gè)0.2s取一個(gè)值，一共取60個(gè)值，得到位移時(shí)程曲線如圖3～圖6所示.

由圖3和圖4可知空心建立墻的二層頂點(diǎn)最大位移是2.17058×10-6，一層頂點(diǎn)的最大位移為1.63658×10-6，層間位移為5.34×10-7，而由圖5和圖6可以確定同體積普通剪力墻的二層頂點(diǎn)最大位移是2.99569×10-5，一層頂點(diǎn)的最大位移為1.14319×10-5， 層間位移為1.8525×10-5，所以在相同的體積和地震波作用下，空心剪力墻的頂點(diǎn)位移和層間位移均小于同體積普通剪力墻的.

空心剪力墻的頂點(diǎn)最大位移與樓高的比值為0.3876×10-6,層間位移與層高的比值為1.907×10-7，滿足規(guī)范要求的1/1000限值.

4 結(jié)論

通過ANSYS建立鋼筋混凝土空心剪力墻和同體積實(shí)心鋼筋混凝土模型，利用時(shí)程分析方法對(duì)鋼筋混凝土空心剪力墻和同體積實(shí)心鋼筋混凝土剪力墻的頂點(diǎn)位移和層間位移進(jìn)行比較分析，得到了空心剪力墻的位移要小于同體積實(shí)心剪力墻.

參考文獻(xiàn)：

[1]衰春燕.不同形式鋼筋混凝土空心剪力墻非線性有限元分析[D].西安:西安建筑科技大學(xué)，2005.

[2]柳炳康，等.工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[M].武漢：理工大學(xué)出版社，2005.

[3]楊溥，賴明.結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法輸入地震波的選擇控制指標(biāo)[J].土木工程學(xué)報(bào)，2000，33(6):33-37.