水平配筋对混凝土框架—配筋砌体性能影响

郭秀芹 马建勋 黎 莹

(西安交通大学，陕西 西安 710018)



水平配筋对混凝土框架—配筋砌体性能影响

郭秀芹 马建勋 黎 莹

(西安交通大学，陕西 西安 710018)

通过有限元非线性方法，采用半分离式模型，模拟了砌体剪力墙的水平配筋率对混凝土框架—配筋砌块砌体混合体系协同工作性能的影响，指出水平配筋能有效提高结构的承载力，改善墙体的变形现象。

砌体墙，水平位移，配筋率，承载力

结构中的配筋砌块砌体剪力墙主要分担水平方向的风荷载及地震作用，国内外的学者对配筋砌块砌体墙也做了不少研究，得出剪力墙承载力的主要影响因素有：构件尺寸、水平钢筋配筋率、砌体的抗剪强度、灌芯率等。本文主要研究的是水平配筋率在水平荷载作用下对框架、配筋砌体协同工作性能影响。

1 水平位移作用下混凝土框架和配筋砌体剪力墙协同工作的有限元模拟

郭秀芹等研究了框架和配筋砌体墙的组合形式[1]。本文采用半分离式有限元模型[2]进行研究，模型所需数据见表1。

表1 水平荷载作用下模型数据表

模型砌块砌体采用刘桂秋本构模型[3]，灌芯混凝土采用混凝土规范[4]推荐本构模型，钢筋采用理想弹塑性模型。模型中加载方案：墙体顶部施加水平方向的位移，位移大小视水平配筋率而定。

表2 模型的水平配筋表

组号钢筋直径钢筋间距mm钢筋根数实际钢筋As/mm2代换后的面积As'/mm2水平配筋率×100G00G1ϕ620014396396.00.13G2ϕ820014704704.00.23G3ϕ102001411001571.40.52G4ϕ122001415822260.00.74G5ϕ142001421543077.110.1

2 模拟计算结果和结果分析

模拟计算结果见表3。

表3 模拟的计算结果

计算结果分析：

砌体墙的水平配筋对约束墙体的开裂有着明显的作用，随着水平配筋率的增加，墙体的开裂荷载持续增加，且墙体的开裂荷载和水平配筋率几乎成正比例关系，从无配筋到配筋率为1.01%，开裂荷载由173.1 kN增加到248.6 kN，增加率为43.6%时，增加效果显著，因此加大配筋率可以有效改善砌体墙的开裂。同时整体结构的开裂荷载也随着配筋率的增加而增加较明显。

水平配筋能对墙体形成约束，因此能提高结构的初始抗侧刚度。图2中，水平配筋率增加，其初始刚度也增大，水平配筋率从0%增加到1.01%时，砌体墙的初始刚度增加率为38.7%，整体结构的初始刚度也随墙体水平配筋率的增加而加大。

水平配筋能有效提高墙体的承载力，而极限荷载正是其承载力的体现，因此配置一定量的水平钢筋能很好的增大墙体的极限荷载。由图2c)中可以看出，随着水平配筋的增加，其极限荷载基本是呈线性增加的，尤其是配筋率大于0.23%，当配筋率由0%增到1.01%时，砌体墙的极限荷载则由497 kN增加到640 kN，增加率是28.8%。此时整体结构的极限荷载也随着水平配筋率的增加线性增加，增加率是17.3%。

加大水平配筋有效提高了墙体的初始刚度，因此α的值随着水平配筋的增加而增加。墙β的值也随着配筋率的增加而加大，且增加的速度比α更显著。

水平配筋的很大作用就是约束变形，因此水平配筋对极限位移的影响明显，整体结构的极限位移随着水平配筋率的增加而增加，尤其是配筋率大于0.23%，结构的极限位移和配筋率几乎呈线性关系。当配筋率由0%增到1.01%时，结构的极限位移由12.5 mm增加到17.0 mm，增加率是33.3%。

由以上的分析可以得出水平配筋能有效改善墙体和结构的承载力及变形，尤其是在配筋率大于0.23%以后，作用更加明显，因此我们有理由建议砌体墙的水平配筋0.3%以上最为合理。

3 结语

本文采用有限元非线性方法对混凝土框架—配筋砌块砌体混合结构进行模拟，得到不同的水平配筋率在水平位移作用下对整体结构和砌体剪力墙的开裂荷载、初始刚度、极限荷载与α，β的影响。通过模拟结果分析认为加设水平钢筋能够提高砌体剪力墙的承载力，也能够有效改善混合结构砌体墙的变形，因此我们建议砌体剪力墙要配置水平钢筋，且水平配筋率最好在0.3%以上。

[1] 郭秀芹，马建勋，成立涛.混凝土框架—配筋砌块砌体混合结构在竖向力作用下协同工作性能研究[J].应用力学学报，2013(1)：23-25.

[2] 李 平.配筋砌块砌体剪力墙非线性有限元分析[D].长沙：湖南大学土木工程学院，2005.

[3] 刘桂秋.砌体结构基本受力性能的研究[D].长沙：湖南大学土木工程学院，2005.

[4] GB 50010—2002,混凝土结构设计规范[S].

[5] 郭子雄，吴毅彬，黄群贤.砌体填充墙框架结构抗震性能研究现状与展望[J].地震工程与工程振动，2008(3)：16-19.

[6] 胡敏磊.配筋混凝土小型空心砌块剪力墙在中高层建筑中的应用[J].中固高新技术企业，2010(8)：69-71.

The influence of the horizontal reinforcement ratio on the collaborative work concrete of frame-reinforced block masonry mixed structure

Guo Xiuqin Ma Jianxun Li Ying

(Xi’anJiaotongUniversitycitycollege,Xi’an710018,China)

According to the non-linear finite element method, the paper adopts the semi-separation model to simulation of the influence of the horizontal reinforcement ratio of the masonry shearing wall on the concrete-framework-reinforced masonry mixed system with the work performance, and points out the horizontal reinforcement can effectively improve the structure’s loading capacity, and improve the deformation of walls.

masonry wall, horizontal displacement, reinforcement ratio, loading capacity

1009-6825(2016)31-0058-02

2016-08-25

郭秀芹(1986- )，女，硕士; 马建勋(1963- )，男，博士

TU364

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