提要:对图1所示的带构造柱的砖砌墙体,试作弹性简化分析,提出用素墙部分的变形估算组合墙体的变形,求出组合墙体顶端水平变形刚度系数D=1/δ,提出用λu,λn值考虑弯曲变形和剪切变形的影响,从而估算剪切变形和弯曲变形在总变形中各所占的比例,又讨论了素墙体高宽比λ对组合墙体顶端水平变形的影响。给出δ=f(λ)关系曲线。
(一)简化分析
带构造柱墙体是一组合结构,如图1所示,由于结构材料的力学性质、材料分布的非均质性,以及施工因素影响的差异等,要想进行精确计算,较为困难。现据有关试验及其实际工作情况,作出如下简化假定,对其在弹性范围内的计算,试作粗糙分析。
基本假定:
1.带构造柱的上述砖砌墙体,在水平单向一次加载或水平单向循环加载情况下,其水平荷载p与其顶端水平位移Δ的关系曲线或其骨架曲线,经模型线性化后可表为下列形式,见图2。
图1
图2中A点为墙体开裂点。pA为初裂荷载。显然,当外加荷载p<pA时,对墙体可作线弹性假设。
2.由于圈梁与楼板相连,其刚度在水平方向与柱相对而言可认为无限大。圈梁与柱的连接,因构造柱截面一般较小,相对而言比较薄弱,可近似简化为铰接[1],墙柱底部为固定。
3.试验证明,构造柱与墙体构造连接结合很好,水平方向产生一致性变形。
4.竖向荷载,除直接作用于柱顶者之外,全部作用于墙上。墙体在竖向荷载作用下,压缩变形很小,可视为0。这样一来,结构的计算图形见图3。
图3
图2
分析思路见图4:
[1] 具有构造柱墙体弹塑性、开裂、裂缝开展的分析.大连工学院工程力学研究所.邬瑞锋,朱和祥,奚肖风.
图4
令排架和素墙体顶端水平位移分别为Δ1,Δ2。
由基本假定3得:
[2] 砖砌体的抗压、抗拉、黏结和抗剪强度.R.L.梅耶斯,R.W.克洛夫.
α为墙、柱间水平力分配系数。
试验表明,在整个试验阶段,直至墙体完全破坏,构造柱沿高度与墙体的结合,始终未产生分离现象,即素墙体水平变形即为整个结构的水平变形:
利用可讨论弯曲变形和剪切变形的影响。
图5表示带构造柱墙体直截面。a为柱截面长,h′为素墙长,b为墙柱宽度。
图5
素墙面积为:
A=h′·b
利用⑧式还可讨论素墙高度比对整个组合整体顶端水平变形的影响:
上述关于水平力在墙、柱间的分配,实质上,从广义而言乃是D值法的一种。问题是D值的求法。(www.xing528.com)
设令δ1、δ2、δ分别为排架、素墙和组合墙体顶端水平变形柔度系数,由②、③、⑧式分别得:
至于δ1与δ2之间的关系,当p1=1时,由⑥、⑤式知:
由前述基本假定3知:
式即为墙、柱间变形协调方程。
至于D1,D2,D3间的关系,可由δ1、δ2、δ间的关系求得:
令墙、柱间的水平力分配按D值法形式求解,则:
下面计算其值:
可见,计算结果与前述方法⑤、⑥式结果相同。
(二)计算实例
图6为以水平圈梁相连系的钢筋混凝土构造柱和以砖厢砌的单片实心墙体(山东试验实体模型)。混凝土采用150#,钢筋为A3,砖为150#,砂浆为25#,其几何尺寸与外加荷载示于图6上。
图6
1.a值计算
2.δ值计算
3.λu,λn值计算
取μ=0.11。见表1。
表1
由表1十组数值,绘出δu=f1(λ)关系曲线,见图7,δ=f(λ)和δn=f2(λ)关系曲线,见图8。
图7
图8
(三)理论分析与实验结果之比较
1979年及1980年上半年我们参加了山东所和建研院抗震所在山东进行的有关构造柱单片实心墙体的试验研究工作。尽管该项研究的重点是探索单片实心组合墙体。在交变荷载作用下的弹塑性工作阶段的性状。但组合墙体在弹性工作阶段的水平变形初始刚度等也是探索的内容之一,因此就上述粗糙分析与试验结果作如下比较,见表2。
表2
应当说明,我们选取了4个墙片的试验数据。其余墙片的试验开裂位移值较稍偏大,主要原因我们认为是墙体抗剪强度值偏低所造成的。
(四)结语
在试验基础上,对带构造柱的单片实心组合墙体,在弹性工作阶段的墙、柱间的协同工作进行了粗浅探索。就中给出了组合墙的弹性工作阶段的顶端水平总变形、顶端剪切变形、弯曲变形、抗推刚度。给出了组合墙中素墙片高宽比对组合墙体顶端水平变形影响曲线以及建立并证明了组合墙体顶端水平变形协调方程。限于水平,不当甚至谬误在所难免,诚望学长之士不吝赐教。
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