带可更换脚部件装配式剪力墙压弯数值研究.pdf

文章编号：1000-4750(2023)Suppl-0081-11带可更换脚部件装配式剪力墙压弯数值研究董晓微，程小卫，李易，杜修力(北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京100124)摘要：该文提出了一种带可更换脚部件的装配式 RC 剪力墙，通过数值模拟分析了可更换脚部件承载力、可更换脚部件高度以及非更换区域内嵌加强钢板厚度对这种剪力墙抗震性能的影响，并与现浇 RC 墙进行了对比。结果表明：随着可更换脚部件承载力提高，装配式 RC 墙承载力越高；当可更换脚部件与现浇 RC 墙边缘构件的抗压承载力比 nc=0.85 或抗拉承载力之比 nt=1.35 时，带可更换脚部件装配式 RC 墙与现浇 RC 墙承载力、刚度和滞回特征基本接近。可更换脚部件高度对装配式 RC 墙压弯承载力、刚度和滞回特征影响不大。当可更换脚部件高度为墙截面高度的 1/2 时，墙体损伤主要集中在可更换区域，非更换区域损伤较小，实现了损伤可控。对于弯曲破坏控制的带可更换脚部件的装配式 RC 墙，非更换区域的加强钢板厚度对墙体抗震性能影响不大。为实现带可更换脚部件装配式 RC 墙与现浇 RC 墙性能等同，建议非更换区域按照装配式 RC 墙底截面与现浇 RC 墙底截面抗剪承载力相等原则设计。关键词：可更换脚部件；装配式 RC 墙；现浇 RC 墙；数值模拟；承载力；破坏模式中图分类号：TU398+.2文献标志码：Adoi:10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S044NUMERICALSTUDYONCOMPRESSIVE-FLEXUREBEHAVIOROFPRECASTCONCRETESHEARWALLWITHREPLACEABLECORNERCOMPONENTSDONGXiao-wei,CHENGXiao-wei,LIYi,DUXiu-li(KeyLaboratoryofUrbanSecurityandDisasterEngineeringofMinistryofEducation,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)Abstract:AnewtypeofprecastRCshearwallwithreplaceablecornercomponentswasproposedandtheinfluenceofdifferentparametersonthecompressive-flexuralbehaviorwerestudiedbasedonnumericalanalysis.These parameters include the strength and height of replaceable corner components,and the thickness ofembeddedsteelplateinnon-replaceablezone.TheresultsindicatedthatthelateralstrengthoftheprecastRCshearwallincreasedastheincreaseofstrengthofreplaceablecornercomponents.TheprecastRCshearwallhadapproximatelyidenticallateralstrengthwithcast-in-situRCshearwallwhentheratioofcompressivestrengthofreplaceablecornercomponentstotheboundaryelementofcast-in-situRCshearwallis0.85ortheratiooftensilestrengthofreplaceablecornercomponentstotheboundaryelementofcast-in-situRCshearwallis1.35.Theheightofreplaceablecornercomponentshadalimitedinfluenceonthecompressive-flexurallateralstrength,onthestiffnessandhystereticbehaviorofprecastRCshearwall;andone-halfofsectionalheightwasrecommendedfortheheightofreplaceablecornercomments.Thethicknessofembeddedsteelplateinnon-replaceablezonealsohadalimitedinfluenceonthecompressive-flexuralbehaviorofprecastRCshearwall,thustheprincipleofequalshearresistancebetweencast-in-situRCshearwallandprecastRCshearwallwasrecommendedtoensurethedamagefocusedonthereplaceablezones.Keywords:replaceable corner components;precast RC shear wall;cast-in-situ RC shear wall;numericalsimulation;strengthcapacity;failuremodes收稿日期：2022-06-20；修改日期：2023-01-13基金项目：国家自然科学基金项目(52108429)；北京市科技新星计划项目(Z211100002121097)；北京市教育委员会科技计划项目(KM202210005018)通讯作者：程小卫(1991)，男，甘肃人，讲师，博士，主要从事结构抗震减震研究(E-mail:).作者简介：董晓微(1999)，女，江西人，硕士，主要从事结构抗震减震研究(E-mail:);李易(1981)，男，湖北人，研究员，博士，主要从事工程结构防灾减灾研究(E-mail:);杜修力(1962)，男，四川人，教授，博士，副校长，主要从事地震工程和结构动力学等方面的研究(E-mail:).第40卷增刊Vol.40Suppl工程力学2023 年 6月June2023ENGINEERINGMECHANICS81钢筋混凝土(RC)剪力墙承载力高、刚度大，是高层建筑结构的主要抗侧力构件1。基于延性设计考虑，剪力墙通常设计成弯曲破坏，主要表现为：墙体脚部的混凝土被压碎，边缘构件纵筋压屈或拉断，破坏通常难以修复或修复时间较长，造成严重的经济损失。2011 年新西兰坎特伯雷地震中，虽然高层建筑仅个别倒塌，但基于传统延性设计的结构层间位移大，结构构件损伤难以修复或修复成本很高2。近年来，有学者提出了一种设置可更换构件的结构体系3，指在结构的易损部位设置可更换构件，地震时，损伤主要集中在可更换构件上，从而保护主体结构不受破坏或破坏程度较低，震后仅替换可更换构件就能实现结构功能的快速恢复。对于带可更换脚部件的剪力墙的研究主要有：OZAKI 等4提出了一种带可更换脚部件的冷弯薄壁型钢剪力墙，可更换脚部件是一种蝶形钢板阻尼器；毛苑君等5将一种可拉压钢板-橡胶支座阻尼器放置在墙脚部，实现墙体高耗能和震损区域易更换；LIU 等6在现浇 RC 剪力墙脚部设置了一种新型可更换脚部件，脚部件由防屈曲软钢内芯和外包钢管混凝土构成；汪梦甫等7将一种金属减震支座设置在剪力墙墙角，这种减震支座由上下盖板和波形钢板组成；蒋庆等8提出了一种底部设置防屈曲支撑(BRB)的自复位装配式剪力墙，可更换部分由 BRB 组成。以上研究均发现：在墙角设置可更换脚部件的剪力墙，损伤基本发生在可更换区域，并且墙体具有较好的承载力和耗能性能。但这些研究主要针对钢板剪力墙和现浇 RC 剪力墙，且蒋庆等8虽研究了带可更换边缘构件自复位装配式剪力墙的抗震性能及边缘脚部构件的可更换性，但未将其与现浇剪力墙进行对比。装配式结构具有施工方便、施工周期短和节能环保等特点9，符合国家推行的“可持续发展”和“双碳”理念，也满足“建筑工业化，住宅产业化”的新型建筑工业化的发展要求。2020 年颁布的关于加快新型建筑工业化发展的若干意见文件中指出：“要继续大力推广装配式混凝土建筑”。相较于现浇 RC 剪力墙，装配式 RC 剪力墙的施工工艺在可更换性上具有独特的优势。为此，本文提出了一种带可更换脚部件的装配式RC 剪力墙，旨在实现承载力“等同”现浇 RC 剪力墙、损伤可控和震后功能易恢复。通过数值模拟对这种带可更换脚部件的装配式 RC 剪力墙的几个关键设计参数进行了研究，包括：可更换脚部件的承载力、可更换脚部件的高度以及非更换区域的加强，并与现浇式 RC 剪力墙对比。研究结果可为后续学者开展相关研究提供参考。1带可更换脚部构件装配式剪力墙图 1 为本文提出的带可更换脚部件装配式 RC剪力墙示意图，墙体主要包括更换区域和非更换区域。可更换的脚部构件通过高强螺栓与非更换区域连接，墙体腹板的竖向钢筋未贯通到地梁，墙体与基础之间设置高强灌浆料层。为了便于可更换脚部件安装和拆卸，其截面在宽度和厚度方向均小于墙体非更换区域，这将削弱剪力墙底部截面的承载力和刚度，尤其是抗剪承载力和刚度。因此，在墙底部一定高度范围内嵌入加强钢板。可更换脚部件构造细节如图 2(a)图 2(b)所示，主要由上、下连接端板，内置钢板和外包钢管混凝土构成，内置钢板上设置栓钉，保证内置钢板与混凝土共同受力；且内置钢板两端设有加劲肋，通过焊接与连接板相连，保证可更换脚部件与墙体连接。可更换脚部件的受力机理如图 2(c)图 2(d)所示，外包钢管里混凝土和内置钢板均直接参与受力。加载梁墙体(非更换区)墙体(加强区)可更换区域坐浆层基础图1带可更换脚部件装配式剪力墙Fig.1PrecastRCshearwallwithreplaceablecornercomponents2有限元模型校核2.1试件概况和有限元模型为了研究带可更换脚部件装配式 RC 剪力墙抗震性能，并与现浇 RC 剪力墙进行对比，本文先对82工程力学文献 10 中的现浇 RC 剪力墙压弯试验和文献 8中装配式 RC 剪力墙压弯试验进行模拟。本文选取文献 10 中的 WSH3 试件，试件的截面尺寸如图 3(a)所示。WSH3 试件的尺寸为4560mm(高)2000mm(宽)150mm(厚)，剪跨比为 2.28，轴压比为 0.058，墙体水平和竖向分布钢筋配筋率分别为 0.25%和 0.54%，边缘纵筋配筋率为 1.54%，体积配箍率为 1.27%，试件的破坏模式为弯曲破坏。文献 8 中的装配式 RC 剪力墙为底部设置可更换 BRB 的自复位装配式 RC 剪力墙试件SW-1，墙体尺寸为3380mm(高)2000mm(宽)200mm(厚)，试件剪跨比为 1.5，两侧暗柱的截面尺寸为300mm200mm，如图3(b)。耗能构件BRB设置在剪力墙脚部，预应力钢绞线布置在墙体中心线处，腹板钢筋未与地梁连接，墙体底部采用坐浆形式与地梁连接，试验其他的信息见文献 8。本文采用 VecTor2 软件11对剪力墙试验进行模拟，VecTor2 以修正压力场理论(MCFT)和扰动应力场理论(DSFM)作为理论基础，软件提供了多种钢筋和混凝土的本构模型，可以考虑钢筋混凝土粘结滑移、混凝土开裂受压软化、箍筋约束混凝土及裂面剪切滑移等行为，被广泛的用于 RC 构件受力行为的模拟1214。WSH3 试件有限元模型如图 3(a)所示，试件 WSH3 有限元模型中的墙体、地梁与加载梁均采用 4 节点平面应力单元。钢筋是以“弥散钢筋”的形式包含在混凝土材料中15，不考虑钢筋与混凝土之间粘结滑移。考虑到边缘构件中箍筋对混凝土的约束作用，边缘构件和腹板混凝土采用不同的材料模型。装配式剪力墙构件 SW-1 有限元模型如图 3(b)所示，混凝土和钢筋部分的建模与现浇试件 WSH3 类似，脚部 BRB 采用四边形平面应力单元，预应力钢筋采用 2 节点杆单元模拟，且杆单元与周边四边形单元不共节点，模拟无粘结预应力。约束模型底部节点的所有自由度，试件的轴压力以节点力的形式均匀施加到加载梁节点上，水平荷载采用位移控制，施加位置与试验作动器位置一致。混凝土受压本构上升段采用 Hognestad 模型16，下降段采用修正的 Park-Kent 模型17。受拉本构采用修正的 Bentz-2003 模型18。边缘构件中的约束混凝土采用 Kupfer/Richart 模型19考虑箍筋约束效应对混凝土强度的提高。钢筋和钢板的滞回本构采用考虑包兴格效应的 Seckin 模型20。混凝土、钢筋和钢板材料强度按照试验实测值输入，详见文献 8,10。2.2模拟与试验结果对比图 4 对比了两个试件试验与模拟的开裂模式。可以看出：本文建立的有限元模型可以较好地反映两类墙体的开裂模式，如弯曲破坏的现浇 RC 剪力墙试件 WSH3，墙体裂缝主要在底部受拉侧，如图 4(a)所示。对于装配式 RC 剪力墙试件 SW-1，有限元模拟的主要裂缝位于墙底部和地梁的交界面(坐浆位置)，其次是在墙体与可更换脚部件的连接区域，如图 4(b)所示。需要说明，试验中也观察到了墙底面与地梁的交界面有明显的裂缝。图 5 对比了两个试件试验和模拟的滞回曲线。可以看出，现浇 RC 剪力墙试件 WSH3 模拟与试验滞回曲线吻合较好，包括承载力峰值、捏拢特征、加/卸载刚度和残余变形等，模拟的峰值承载力与试验峰值承载力的误差为 4.5%。对于装配式 RC 剪力墙试件 SW-1，峰值承载力吻合较好，模拟的峰值承载力与试验峰值承载力的误差为 8.1%。但模拟的残余变形小于试验，其可能的原因是模拟时未考虑 BRB 的受压屈曲行为，但本文研究的重点是破坏模式和承载力，故本文建立的有限元模型可以满足研究需求。端部加劲肋上部连接端板端部加劲肋下部连接端板内置钢板栓钉约束混凝土(a)内部构造(b)外部构造内置钢板内置钢板(c)受压(d)受拉图2可更换脚部件构造和受力机理Fig.2Detailsandworkingmechanismofreplaceablecornercomponents工程力学833参数研究3.1试件设计本文以现浇 RC 剪力墙为基准，设计了一系列带可更换脚部件的装配式 RC 剪力墙，探讨了不同参数对带可更换脚部件装配式剪力墙抗震性能的影响，并与现浇 RC 剪力墙进行对比。现浇 RC 剪力墙试件截面和配筋信息如图 6(a)2000920233017004950400200040028006004560底部约束节点轴向荷载腹板混凝土暗柱混凝土水平位移C8100/200C10100/200C8/C12200C8100C8100C221250125030028003003001400200060010301900450可更换BRB预应力钢筋连接钢板砂浆层腹板混凝土暗柱混凝土轴向荷载水平位移(a)WSH3试件10(b)SW-1试件8图3现浇 RC 剪力墙和装配式 RC 剪力墙配筋和有限元模型Fig.3FEmodelsofcast-in-situRCshearwallandprecastRCshearwall84工程力学所示：编号为 RC-2.0，截面尺寸为 1000mm(宽度)150mm(厚度)2000mm(高度)，剪跨比为 2，边缘构件宽度为 200mm，墙体水平和竖向分布钢筋直径为6，间距分别为 60mm 和 100mm，对应配筋率分别为 h=0.63%和 v=0.31%。边缘构件纵筋为 6 根 10，配筋率 b=1.57%，边缘构件箍筋为 6，间距为 60mm，体积配箍率 t=1.89%。带可更换脚部件的装配式 RC 剪力墙的形式同第1 节，截面和配筋信息如图 6(b)所示。装配式RC 剪力墙是将现浇 RC 剪力墙的部分边缘构件用第 1 节中介绍的内置钢板混凝土脚部件代替，墙体底部设置 20mm 厚的高强砂浆。可更换脚部件的宽度与现浇 RC 剪力墙的边缘构件宽度相同，为 200mm。考虑到脚部件的拆卸和更换，墙体与可更换脚部件之间留出 20mm 的空隙，且可更换脚部件的厚度小于非更换区域厚度，为 100mm。现浇 RC 剪力墙和装配式 RC 剪力墙均采用 C30 混凝土，装配式 RC 剪力墙底部高强砂浆抗压强度为 45MPa。所有钢筋和钢板的屈服强度和极限强度分别取 400MPa和 600MPa。3.2参数分析3.2.1可更换脚部件承载力本节设计了 8 个带不同可更换脚部件的装配式 RC 剪力墙试件，见表 1，编号依次为 NRC-nt-0.85、NRC-nt-1.0、NRC-nt-1.35、NRC-nt-1.5、NRC-nc-0.85、NRC-nc-1.0、NRC-nc-1.35、NRC-nc-1.5。这8 个剪力墙非更换区域完全相同，仅有可更换脚部件承载力不同，如试件 NRC-nt-0.85 指可更换脚部件轴拉承载力与现浇 RC 剪力墙边缘构件的轴拉承载力之比 nt为 0.85；NRC-nc-0.85 试件指可更换脚部件轴压承载力与现浇 RC 剪力墙边缘构件的轴压承载力之比 nc为 0.85。需要说明，8 个试件的可更换脚部件的截面尺寸完全相同，承载力的变化是通过调整内置钢板厚度实现，8 个可更换脚部件中内置钢板厚度 tb见表 1。各试件的可更换脚部件的高度 Hr为美国 ASCE/SEI21中建议的等效塑性区高度 0.5Lw=500mm，Lw为墙截面高度。由于可更换脚部件的截面比现浇 RC 剪力墙试件边缘构件的截面较小，如图 6(b)所示，且可更换脚部件与墙体之间存在间隙，导致装配式 RC 剪力墙底部试验模拟试验13121110896437512模拟(a)试件WSH3,现浇RC剪力墙(b)试件SW-1,带可更换脚部件装配式RC剪力墙图4有限元模拟与试验破坏模式对比Fig.4ComparisonoffailuremodesbetweenFEanalysisandtestresults1501005005010015063036(a)试件WSH3,现浇RC剪力墙(b)试件SW-1,带可更换角部件装配式RC剪力墙试验FEM试验FEM8040040805.02.50.02.55.0顶点水平位移/mm顶点水平位移/mm水平力V/(102 kN)水平力V/(102 kN)图5有限元模拟和试验滞回曲线对比Fig.5ComparisonofhystereticcurvesbetweenFEanalysisandtestresults工程力学85截面的承载力和刚度减小，为了弥补承载力和刚度的削弱，在墙体非更换区域设置 7mm 厚的加强钢板。需要说明，7mm 厚的加强钢板是基于装配式 RC 剪力墙底截面抗剪刚度与现浇 RC 剪力墙相等确定。此外，各带可更换脚部件的装配式剪力墙的轴压力相同，且与现浇剪力墙试件一致，对应轴压比为 0.05。图 7 对比了带不同脚部件的装配式 RC 剪力墙和现浇 RC 剪力墙的滞回曲线。可以看出：当可更换脚部件承载力按照现浇 RC 剪力墙边缘构件的抗压承载力设计时，随着 nc增大，装配式 RC 剪力墙的初始加/卸载刚度与现浇 RC 剪力墙基本相同，但承载力显著增加。如：当 nc=0.85 时，装配式剪力墙 NRC-nc-0.85 的承载力与现浇剪力墙承载力接近(误差小于 5%)，但滞回曲线更饱满，如图 7(a)所示；当 nc=1.5 时，装配式剪力墙 NRC-nc-1.5 的承载力接近现浇剪力墙的 2 倍，如图 7(d)所示。从裂缝分布可以发现，当 nc=0.85 时，装配式剪力墙 NRC-nc-0.85 的可更换脚部件上分布了较多的裂缝，非更换区域几乎没有出现宽裂缝，裂缝分布模式与现浇剪力墙类似。但当可更换脚部件承载力更大时(如：nc=1、1.35、1.5)，墙体的非更换区域均出现了不同程度的破坏。主要原因是可更换脚部件越强(即 nc越大)，墙底部截面的承载力越大，损伤严重的位置发生了分散(图 8(c)和转移(图 8(d)，导致非更换区域受损严重。从曲率分布(图 9)中也可以看到类似的情况，当 nc=0.85时，装配式剪力墙的曲率分布与现浇剪力墙类似，但当 nc=1、1.35、1.5 时，各试件的最大曲率位置均出现在了非更换区域，如图 9(b)图 9(d)所示。当可更换脚部件按照现浇试件边缘构件的抗拉承载力设计时，从图 7 可以看出，当 nt=0.85 或1 时，新型剪力墙的承载力低于现浇式剪力墙，但两类墙体的初始刚度相差不大。当 nt=1.35 时，装配式剪力墙的峰值承载力基本等于现浇剪力墙，但装配式剪力墙的滞回曲线更饱满，表现出更好的耗能性能。从裂缝分布图 8(e)中也可以看出，400100040018001160018002800400600180028004001-1400箍筋C660暗柱纵筋6C10水平分布钢筋C660竖向分布钢筋C6100222006002001000150箍筋C660暗柱纵筋6C10竖向分布钢筋C6100水平分布钢筋C6602-2暗柱纵筋6C10水平分布钢筋C660竖向分布钢筋C6100箍筋C660400100040018001160018002800400600180028004001-140033加强钢板可更换脚部件2006002001000150加强钢板栓钉可更换脚部件3-3(a)现浇RC剪力墙(b)带可更换脚部件装配式RC剪力墙图6试件尺寸及配筋信息Fig.6Dimensionsandreinforcementinformationofspecimens表1可更换脚部件关键参数Table1Keyparametersofreplaceablecornercomponents试件编号内置钢板厚度tb/mm试件编号内置钢板厚度tb/mm脚部件高度Hr/mm加强钢板厚度ts/mmNRC-nc-0.854.1NRC-nt-0.852.15007NRC-nc-1.06.1NRC-nt-1.02.6NRC-nc-1.3510.9NRC-nt-1.353.6NRC-nc-1.512.9NRC-nt-1.54.186工程力学nt=1.35 时，试件的损伤集中在可更换脚部件上，墙体主体部分未出现明显的宽裂缝。3.2.2可更换脚部件高度为了实现带可更换脚部件装配式剪力墙损伤可控和震后功能易恢复，墙体的塑性变形必须集中在可更换区域，即可更换脚部件的高度 Hr应该大于塑性铰区的高度 Hp。因此，本节在 3.2.1 节试件 NRC-nt-1.35 的基础上，研究了可更换脚部件高度对装配式 RC 剪力墙承载力和开裂模式的影响。共设计了 4 个带不同高度脚部件的装配式 RC 剪力墙，四个试件的配筋信息完全相同，同 3.2.1 节中的试件 NRC-nt-1.35，只有可更换脚部件的高度不同，分别为 150mm、330mm、500mm 和 650mm。其中 330mm 和 500mm 分别为 THOMSEN 等22和 ASCE/SEI21建议的剪力墙等效塑性区域高度，THOMSEN 等和ASCE/SEI建议的等效塑性区高度计算公式分别为Hp,Thomsen=0.33Lw和Hp,ASEC/SEI=0.5Lw。不同高度可更换脚部件的装配式 RC 剪力墙滞回曲线如图 10 所示。可以看出：可更换脚部件高度对墙体承载力和刚度影响不大，但对损伤发生的位置影响很大，如：当可更换脚部件高度为150mm 和 330mm 时，装配式剪力墙的屈服承载力和初始刚度更接近现浇式 RC 剪力墙。但由于可更换脚部件高度较小，未全部包含墙体塑性发展的高度，导致非更换区域发生了明显的开裂，如图 11(a)图 11(b)所示。且当可更换脚部件较小时，装配式墙的曲率分布也与现浇 RC 剪力墙有较大的区别，装配式剪力墙曲率在可更换角部件与墙体连接位置发生了转折，如图 10(b)所示。随着可更换脚部件高度的增加，装配式剪力墙的初始刚度和屈服承载力与现浇墙体差别不大，但峰值承载力略小于现浇墙体，这是由于较高的可更换脚部件导致墙体的承载力下降。当可更换脚部件高度为 500mm 时，试件的损伤主要集中在可更换脚部件范围，如图 11(c)所示。当可更换脚部件高度为 650mm 时，试件峰值承载力相较于 Hr=RC-2.0NRC-nt=1.5NRC-nc=1.52.501.250.001.252.50位移角/(%)42024502502550(d)RC-2.0,NRC-nt=1.5,NRC-nc=1.5顶点水平位移/mm水平力V/(102 kN)图7滞回曲线对比Fig.7Comparisonofhystereticcurves5025025503.01.50.01.53.0RC-2.0NRC-nt=0.85NRC-nc=0.85RC-2.0NRC-nt=1.0NRC-nc=1.0RC-2.0NRC-nt=1.35NRC-nc=1.352.501.250.001.252.50位移角/(%)2.501.250.001.252.50位移角/(%)2.501.250.001.252.50位移角/(%)420245.02.50.02.55.0502502550(a)RC-2.0,NRC-nt=0.85,NRC-nc=0.85(b)RC-2.0,NRC-nt=1.0,NRC-nc=1.0502502550(c)RC-2.0,NRC-nt=1.35,NRC-nc=1.35水平力V/(102 kN)水平力V/(102 kN)水平力V/(102 kN)顶点水平位移/mm顶点水平位移/mm顶点水平位移/mm工程力学87500mm 的试件变化较小，原因是此时可更换脚部件高度较大，超出了剪力墙实际塑性铰区高度。因此，出于经济和安全的考虑，可更换脚部件的高度可按照 ASCE/SEI中等效塑性区高度设计。3.2.3非更换区域加强由于可更换脚部件与墙体腹板在墙体宽度方向未连接，削弱了装配式剪力墙的承载力和刚度，为保证带可更换脚部件装配式剪力墙与现浇RC 剪力墙具有相同的抗震性能，在非更换区域设置内嵌钢板进行加强，如第 1 节所示。因此，本节在 3.2.1 节试件 NRC-nt-1.35 的基础上，研究了加强钢板的厚度对装配式 RC 剪力墙承载力和开裂模式的影响，加强钢板的厚度分别取 2mm、5mm、7mm 和 10mm，其中 2mm 是基于带可更换脚部件装配式 RC 剪力墙底截面与现浇 RC 剪力墙底截面抗剪承载力相等确定，7mm 是基于装配式剪力墙底截面抗剪刚度与现浇 RC 剪力墙相等确定。需要说明加强钢板布置的高度是可更换脚部更换区域更换区域更换区域塑性分散塑性转移(a)RC-2.0(b)NRC-nc-0.85(c)NRC-nc-1.0(d)NRC-nc-1.5(e)NRC-nt-1.35图8开裂模式对比(=2.0%)Fig.8Comparisonofcrackingmodes(=2.0%)0.00.51.00.00.51.01.52.0高度H/mRC-2.0nt=0.85nc=0.85RC-2.0nt=1.0nc=1.0RC-2.0nt=1.35nc=1.35RC-2.0nt=1.5nc=1.5曲率/(1cm1)(a)RC-2.0,nt=0.85,nc=0.850.00.51.00.00.51.01.52.0高度H/m曲率/(1cm1)(b)RC-2.0,nt=1.0,nc=1.00.00.51.00.00.51.01.52.0高度H/m曲率/(1cm1)(c)RC-2.0,nt=1.35,nc=1.350.00.51.00.00.51.01.52.0高度H/m曲率/(1cm1)(d)RC-2.0,nt=1.50,nc=1.50图9曲率分布对比(=2.0%)Fig.9Comparisonofcurvaturedistributions(=2.0%)5025025503.01.50.01.53.0 RC-2.0Hr=0.15 Lw Hr=0.33 Lw Hr=0.50 Lw Hr=0.65 Lw 0.00.51.00500100015002000高度H/mmRC-2.0 Hr=0.15 LwRC-2.0 Hr=0.33 LwRC-2.0 Hr=0.50 LwRC-2.0 Hr=0.65 Lw2.50 1.250.001.252.50位移角/(%)(a)滞回曲线(b)曲率分布(=2.0%)0.00.51.00500100015002000高度H/mm0.00.51.00500100015002000高度H/mm0.00.51.00500100015002000高度H/mm曲率/(1cm1)曲率/(1cm1)曲率/(1cm1)曲率/(1cm1)水平力V/(102kN)顶点水平位移/mm图10滞回曲线和曲率分布对比Fig.10Comparisonofhystereticcurvesandcurvaturedistributions88工程力学件高度的 1.3 倍，即本节算例中内嵌加强钢板的高度为度为度为度为度为度为度为 650mm。图 12图 15 对比了不同加强钢板厚度对带可更换脚部件装配式 RC 剪力墙抗震性能的影响，可以看出：加强钢板厚度对剪力墙的滞回特性、开裂模式、曲率分布影响不大，且与现浇 RC 剪力墙的抗震性能基本相同。主要原因是，本文研究的对象是装配式 RC 高墙，且按照“强剪弱弯”设计，墙体主要的变形模式为弯曲机制，主要表现为边缘构件的拉压变形。为各试件承载力峰值时混凝土主压应力云图，可以看出墙体腹板区域受力很小，主要是可更换脚部件受拉和受压。以上结果表明：对于弯曲破坏控制的带可更换角部件的装配式 RC 剪力墙，改善加强钢板厚度对墙体承载力和破坏模式的影响很小。因此，本文建议非更换区域加强钢板的厚度按照装配式 RC 剪力墙底截面与现浇RC 剪力墙底截面抗剪承载力相等原则设计。更换区域更换区域更换区域更换区域(a)Hr=0.15 Lw(b)Hr=0.33 Lw(c)Hr=0.50 Lw(d)Hr=0.65 Lw图11开裂模式对比(=2.0%)Fig.11Comparisonofcrackingmodes(=2.0%)RC-2.0ts=2.0 mmts=5.0 mmts=7.0 mmts=10.0 mm5025025503.01.50.01.53.02.501.250.001.252.50位移角/(%)顶点水平位移/mm水平力V/(102 kN)图12滞回曲线对比Fig.12Comparisonofhystereticcurves39.99 to 38.2438.24 to 36.49to 34.74to 32.99to 31.25to 29.50to 27.75to 26.00to 24.25to 22.50to 20.75to 19.00to 17.25to 15.49to 13.74to 11.99to 10.24to 8.49to 6.75to 5.00to 3.25to 1.50to 0.26to 2.00(a)现浇RC墙(b)ts=2 mm(c)ts=10 mm图13混凝土主压应力云图Fig.13Principalcompressivestressofconcrete工程力学894结论本文提出了一种带可更换脚部件的装配式RC 剪力墙，通过有限元分析研究了可更换脚部件承载力、高度和非更换区域加强钢板厚度对这种剪力墙抗震性能的影响，主要结论为：(1)采 用 VecTor2 建 立 了 可 合 理 模 拟 现 浇RC 剪力墙和带可更换脚部件装配式 RC 剪力墙开裂模式、刚度和承载力的有限元模型。(2)装配式 RC 剪力墙的承载力随可更换脚部件承载力的提高而提高，当可更换脚部件与现浇RC 剪力墙边缘构件抗压承载力之比 nc=0.85 或抗拉承载力之比 nt=1.35 时，装配式 RC 剪力墙与现浇 RC 剪力墙承载力和破坏模式类似。(3)可更换脚部件的高度对装配式 RC 剪力墙承载力和刚度影响不大，可更换脚部件的高度采用美国 ASCE 推荐的等效塑性区高度 0.5Lw设计时，墙体的塑性损伤主要集中在可更换脚部件上，有利于实现剪力墙损伤可控。(4)弯曲破坏主导的装配式 RC 高墙，由于墙体的变形主要集中在墙体可更换脚部件，因此增加非更换区域加强钢板的厚度对装配式 RC 剪力墙抗震性能影响不大。因此，本文建议非更换区域的加强钢板按照装配式剪力墙底截面抗剪承载力与现浇 RC 剪力墙底截面抗剪承载力相等原则设计。参考文献：WANGB,JIANGHJ,LUXL.Seismicperformanceofsteel plate reinforced concrete shear wall and itsapplicationinChinamainlandJ.JournalofConstructionalSteelResearch,2017,131:132143.1KAM W Y,PAMPANIN S,ELWOOD K.Seismicperformance of reinforced concrete buildings in 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