剪力墻開(kāi)洞形式對(duì)框剪結(jié)構(gòu)抗震性能影響

剪力墻開(kāi)洞形式對(duì)框剪結(jié)構(gòu)抗震性能影響摘要：鋼筋混凝土剪力墻是完全由剪力墻抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)，是高層建筑結(jié)構(gòu)主要的抗側(cè)移體系。剪力墻是一種片狀的結(jié)構(gòu)，其高度大，厚度小，承載能力大，平面內(nèi)的剛度大，但其剪切變形比較大，并且平面外的剛度很小。隨著人們對(duì)建筑美觀和用途的需要逐步改變，以往單一的建筑外形逐步趨向于多元化，在剪力墻上開(kāi)洞的情況也越來(lái)越復(fù)雜，洞口不再是規(guī)則的形狀和排列，出現(xiàn)了許多異性洞口的建筑案例。一方面豐富了建筑的形式，另一方面對(duì)建筑結(jié)構(gòu)特別是剪力墻的研究提出了新課題，其對(duì)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響也變得較為復(fù)雜，尤其是洞口尺寸、形狀、排列方式的逐漸多樣性。我們對(duì)這一個(gè)問(wèn)題進(jìn)行深入的分析，具有較大的理論和實(shí)際意義[1]。本文選取八種不同形式的剪力墻作為研究對(duì)象，對(duì)于洞口大小、排列情況、異性洞口等因素對(duì)開(kāi)洞剪力墻的特性的改變做了分析。利用ABAQUS軟件對(duì)八種不同形式的開(kāi)洞剪力墻的對(duì)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能影響。關(guān)鍵字：剪力墻，高層建筑結(jié)構(gòu)，開(kāi)洞，ABAQUS軟件TheInfluenceofDifferentformsShearWallOpeningsonSeismicPerformanceofaFrame-shearWallStructureYuYu(WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070)Abstract:Reinforcedconcreteshearwallwhichcompletelyresistshorizontalloadbythestructureofshearwallisamajorlateralresistantsystemofhigh-risebuildingstructure.Shearwallisakindoflamellarstructurethatithasbigheight,smallthickness,largebearingcapacity,largethein-planestiffness,butthesheardeformationislarge,andout-of-planestiffnessissmall.Aspeople'sneedforbuildingbeautifulandfunctiongraduallychange,andasinglebuildingformgraduallytendtobediversified,openholeinshearwallismoreandmorecomplex,theshapeandarrangementofthemouthofthecaveisnolongerrules,appearedalotofstraightholeconstructioncases.Ontheonehand,enrichtheformsofconstruction,ontheotherhand,tothebuildingstructure,especiallythestudyoftheshearwallputforwardthenewsubject,theimpactofitsstructurebecomesmorecomplex,especiallytheholesize,shape,arrangementofdiversitygradually.Ourin-depthanalysisofthisproblem,hasgreattheoreticalandpracticalsignificance.Thisarticleselects8differentsformsofshearwallastheresearchobject,analysizedthechangeofthecharacteristicsoftheopenholeshearwallfortheholesize,arrangementandstraighthole.ByusingANSYSsoftwareto8differentformsofopenholeshearwallwithframe-shearwallstructureseismicperformanceinfluence.Keywords:shearwall,high-risebuildingstructure,hole,ANSYSsoftware

1引論剪力墻是一種抵抗側(cè)向力的結(jié)構(gòu)單元。它可以組成完全由剪力墻抵抗側(cè)力的剪力墻結(jié)構(gòu)，也可以和框架共同抵抗側(cè)向力而形成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，實(shí)腹筒也是由剪力墻組成。剪力墻具有較大剛度，在結(jié)構(gòu)中往往承受水平力的大部分，成為一種有效的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。在地震區(qū)，設(shè)置剪力墻(筒體)可以改善結(jié)構(gòu)抗震性能。在抗震結(jié)構(gòu)中剪力墻也稱為抗震墻[2]。高層建筑中的剪力墻結(jié)構(gòu)，實(shí)際上是一懸臂構(gòu)，它的受力情況將隨洞口的大小、形狀和位置的不同而變化。在通常矩形洞口且其位置接近橫向尺度中部的情況下，其受力特性主要取決于洞口的大小，據(jù)此可將剪力墻分為不同的類型，每種類型有不同的力學(xué)特性[3]。1.1單片剪力墻構(gòu)件分類按墻肢截面長(zhǎng)度與寬度之比分為：根據(jù)剪力墻高寬比的大小可將剪力墻分為：高強(qiáng)、中高墻和矮墻。1.2洞口率的影響及類型劃分根據(jù)有無(wú)洞口、洞口大小和位置以及形狀等可分為四類，即整截面墻、整體小開(kāi)口墻、聯(lián)肢墻和壁式框架[4]。洞口大小常用洞口系數(shù)來(lái)表示，其定義為：圖1剪力墻的類型（1）整截面墻：指沒(méi)有洞口的實(shí)體墻或洞口很小的剪力墻，其受力狀態(tài)如同豎向懸臂構(gòu)件。當(dāng)剪力墻高寬比較大時(shí)。受彎變形后截面仍保持平面，法向應(yīng)力呈線性分布。（2）整體小開(kāi)口墻：指洞口稍大且成列布置的剪力墻，截面上法向應(yīng)力稍偏離直線分布，相當(dāng)于整體彎矩直線分布和墻肢局部彎曲應(yīng)力的疊加。墻肢的局部彎矩一般不超過(guò)總彎矩的15%，且墻肢在大部分樓層沒(méi)有反彎點(diǎn)；（3）聯(lián)肢墻：其洞口更大且成列布置，使連梁剛度比墻肢小很多，壁式框架：連梁中部有反彎點(diǎn)，各墻肢單獨(dú)作用較顯著，聯(lián)結(jié)起來(lái)的剪力墻。當(dāng)開(kāi)有一列洞口時(shí)為雙肢墻可看成是若干單獨(dú)剪力墻由連梁聯(lián)當(dāng)開(kāi)有多列洞口時(shí)為多肢墻；（4）當(dāng)洞口大而寬、墻肢寬度相對(duì)較小，墻肢剛度與連梁剛度相差不太遠(yuǎn)時(shí)，剪力墻的受力性能與框架結(jié)構(gòu)相類似。其特點(diǎn)是墻肢截面的法向應(yīng)力分布明顯出現(xiàn)局部彎矩，在許多樓層內(nèi)墻肢有反彎點(diǎn)。1.3國(guó)內(nèi)外對(duì)剪力墻洞口研究的一些成果1.3.1我國(guó)規(guī)范中對(duì)開(kāi)洞剪力墻的一些規(guī)定[5]我國(guó)混凝土高層設(shè)計(jì)規(guī)程[6]中對(duì)開(kāi)洞剪力墻的門窗洞口按上下對(duì)齊，成列布置，形成明確的墻肢和連梁，為避免墻肢形成懸殊的洞口來(lái)進(jìn)行設(shè)置。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一、二、三級(jí)抗震等級(jí)開(kāi)洞剪力墻底部加強(qiáng)部位不采用錯(cuò)列開(kāi)洞形式，其他情況如無(wú)法避免錯(cuò)列開(kāi)洞，應(yīng)控制錯(cuò)列開(kāi)洞墻的洞口的水平距離大于2米，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)仔細(xì)分析計(jì)算，并在洞口周邊采取加固措施。當(dāng)無(wú)法避免疊合錯(cuò)洞口布置時(shí)，應(yīng)按有限元方法分析計(jì)算并在洞口周邊采取加強(qiáng)措施或采用輕質(zhì)材料填充將疊合洞口轉(zhuǎn)化為規(guī)則開(kāi)洞形式。對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中采用桿系、薄壁桿系模型或?qū)Χ纯谧隽撕?jiǎn)化處理的其他有限元模型時(shí)，應(yīng)對(duì)不規(guī)則開(kāi)洞口的剪力墻的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析、判斷并進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算和校核。目前，除了平面有限元方法外，尚沒(méi)有更好的簡(jiǎn)化計(jì)算方法計(jì)算錯(cuò)列洞口墻。采用彈性平面有限元方法得到應(yīng)力后，可不考慮混凝土的作用按應(yīng)力進(jìn)行配筋，并加強(qiáng)構(gòu)造措施。1.3.2國(guó)內(nèi)外對(duì)開(kāi)洞剪力墻研究的一些成果（1）國(guó)內(nèi)對(duì)連肢墻的理論分析[7-8]基本上都是應(yīng)用Chitty[9]連續(xù)連接介質(zhì)法(Rosman法)，得到的控制微分方程是以連梁的分布彎矩為基本未知函數(shù)，求得了連梁在水平均布荷載、倒三角形分布荷載和頂點(diǎn)集中荷載作用下的解，這些成果己經(jīng)應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)對(duì)聯(lián)肢剪力墻的試驗(yàn)研究多集中在對(duì)連梁性能、墻肢間的剪力分配、各種新型連梁的剪力墻受力性能、聯(lián)肢剪力墻極限承載能力的簡(jiǎn)化計(jì)算、聯(lián)肢剪力墻的動(dòng)力特性和對(duì)各種分析模型的驗(yàn)證上。（2）Coull.A.根據(jù)剪力墻的受力性能將剪力墻分為單肢剪力墻，連桿連接剪力墻和聯(lián)肢剪力墻。聯(lián)肢剪力墻是指由受彎構(gòu)件組成的兩片或兩片以上墻肢所構(gòu)成的剪力墻。在實(shí)際工程中，相當(dāng)數(shù)量的剪力墻都是聯(lián)肢墻。尤其是在住宅建筑中，許多剪力墻為設(shè)置門窗洞口，需要開(kāi)一系列的矩形洞口。對(duì)于此類剪力墻，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證結(jié)構(gòu)的合理性和結(jié)構(gòu)的抗震性能。（3）對(duì)于純剪力墻結(jié)構(gòu)合理剛度的研究主要有如下實(shí)例:傅學(xué)怡先生最早提出了滿足結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定、水平位移、延性、強(qiáng)度、協(xié)同工作等約束條件的確定高層主體結(jié)構(gòu)斷面數(shù)量的參考表格及實(shí)用計(jì)算公式;屠成松等人似承重結(jié)構(gòu)的總造價(jià)值為目標(biāo)函數(shù)，并以設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程的要求為約束條件，建立了高層筒中筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化力學(xué)模型，合理采用分部?jī)?yōu)化方法，通過(guò)對(duì)構(gòu)件用應(yīng)復(fù)合形法并結(jié)合程序?qū)崿F(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)，但沒(méi)探討不同烈度和場(chǎng)地類別對(duì)最優(yōu)化剛度的影響。（4）清華大學(xué)[}m]和中國(guó)建筑科學(xué)研究院曾分別進(jìn)行過(guò)鋼筋混凝土普通四層三肢和四層雙肢剪力墻低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，采用只在頂點(diǎn)加低周反復(fù)荷載的方法，重點(diǎn)研究了結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制。此外，清華大學(xué)建筑研究室通過(guò)對(duì)兩片帶翼緣的剪力墻在不同軸壓比下的試驗(yàn)破壞現(xiàn)象和滯回曲線的比較，兩片墻的其他方面都是相同的。墻1軸壓比為0.4,它的受壓區(qū)先出現(xiàn)豎向裂縫，受壓鋼筋先達(dá)到屈服應(yīng)力，受壓區(qū)混凝土破碎而喪失承載內(nèi)力，破壞是突然的，由實(shí)測(cè)的滯回曲線可見(jiàn)，該剪力墻只有很小的塑性變形，位移延性比2.17;墻2的軸壓比為0.2，是典型的大偏壓破壞，受拉鋼筋先屈服，最后混凝土受壓區(qū)出現(xiàn)豎向裂縫而壓碎，它的實(shí)測(cè)滯回曲線比較豐滿塑性變形大，延性比為5.59。（5）同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院為改善鋼筋混凝土低剪力墻的抗震性能，分析研究了勁性鋼筋混凝土開(kāi)洞低剪力墻抗震性能。通過(guò)7榀勁性鋼筋混凝土低剪力墻的低周反復(fù)水平加載試驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合前期研究成果，重點(diǎn)研究了勁性鋼筋混凝土低剪力墻在破壞形態(tài)、耗能能力、延性、抗剪承載力方面的改善及洞口對(duì)剪力墻延性的作用等。（6）北京工業(yè)大學(xué)曹萬(wàn)林教授，提出了一種新型延性雙肢剪力墻一帶暗支撐雙肢剪力墻，并對(duì)其模型進(jìn)行了抗震性能試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:帶暗支撐雙肢短肢剪力墻比普通雙肢短肢剪力墻的承載力、后期剛度、延性、耗能能力均有明顯提高;墻肢裂縫相對(duì)較多且密，裂縫寬度相對(duì)較小;不同墻肢截面高厚比的雙肢短肢剪力墻的破壞特征不同;連梁跨高比影響暗支撐雙肢剪力墻的延性、耗能性能等。（7）近幾十年來(lái)，工程界對(duì)高層剪力墻開(kāi)洞優(yōu)化設(shè)計(jì)重在對(duì)開(kāi)洞的布置規(guī)則，并且取得了一定的可喜的成果;采用優(yōu)化準(zhǔn)則法的王法武等人[10]，以結(jié)構(gòu)自重為優(yōu)化目標(biāo)，同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)側(cè)移要求，對(duì)高層框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的重量?jī)?yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了研究，但實(shí)際設(shè)計(jì)和運(yùn)用中，其涉及到結(jié)構(gòu)敏感度分析問(wèn)題;邵志堅(jiān)等人通過(guò)分析大量的計(jì)算模型，討論了影響高層剪力墻結(jié)構(gòu)的三個(gè)必要因素:開(kāi)洞口率、墻面積率及混凝土強(qiáng)度等級(jí)，用多種商業(yè)軟件計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的大量不同的位移、內(nèi)力、地震力、自振周期等，并應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行回歸分析取得了不同層數(shù)的高層剪力墻結(jié)構(gòu)的墻率、周期擬合公式，但沒(méi)有闡明在水平地震作用下滿足相關(guān)規(guī)定的最優(yōu)數(shù)量;綜上所述，國(guó)內(nèi)外院校和科研所的一些實(shí)驗(yàn)和所取得成果，主要針對(duì)剪力墻在水平荷載作用下，重點(diǎn)對(duì)剪力墻在破壞形態(tài)、耗能能力、延性、抗剪承載力方面及剪力墻的外部形變進(jìn)行論述研究，忽略了剪力墻開(kāi)洞后，在多種荷載作用的復(fù)雜情況下，開(kāi)洞率的大小以及洞口布置規(guī)則和不規(guī)則形式的條件下，其剛度、位移的力學(xué)性能和耗能強(qiáng)度分析。2剪力墻模型的選取準(zhǔn)則2.1剪力墻外部尺寸的選取本文的剪力墻模型將選取具有普遍代表性的形式，這樣研究結(jié)果才具有代表意義。根據(jù)理論可知，剪力墻的高寬比（H/B）對(duì)剪力墻的應(yīng)用分布和變形特征有較大影響，剪力墻的高寬比一般而言都大于2.根據(jù)具有代表性的選取原則，本文的八種剪力墻的外部尺寸都一樣，高6.5m，寬2.5m，厚0.2m。2.2洞口形式的選取2.2.1剪力墻開(kāi)洞率的選取根據(jù)剪力墻的分類標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)洞率低于15%，屬于整體剪力墻；開(kāi)洞率超過(guò)15%，洞口規(guī)則呈列狀排列，屬于小開(kāi)口剪力墻；開(kāi)洞率超過(guò)65%的，洞口尺寸較大，可按框架計(jì)算。根據(jù)上述分類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)本文所選取的剪力墻作如下規(guī)定:小洞口剪力墻的開(kāi)洞率定位10%；中洞口剪力墻的開(kāi)洞率定位30%；大洞口剪力墻開(kāi)洞率定位60%。這樣的開(kāi)洞率選擇保證了所選取的剪力墻對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的各種剪力墻都具有代表性。本文規(guī)定剪力墻上洞口的形狀為正方形。具體開(kāi)洞尺寸、排列方式等，見(jiàn)圖2-1—2-6所示。圖2-1規(guī)則排列小洞墻模型圖2-2不規(guī)則排列小洞墻模型圖2-3規(guī)則排列中洞墻模型圖2-4不規(guī)則排列中洞模型圖2-5大洞口墻模型圖2-6狹長(zhǎng)洞口模型2.2.2剪力墻洞口排列方式選取準(zhǔn)則在實(shí)際工程當(dāng)中，雖然普通的剪力墻洞口排列都是規(guī)則的，但隨著人們對(duì)建筑使用功能的要求逐漸提高，許多建筑剪力墻上的洞口形式多樣。因此，本文對(duì)于小洞口剪力墻模型和中洞口剪力墻模型均采用兩種洞口排列方式:規(guī)則排列和不規(guī)則排列。大洞口剪力墻因其洞口較大，只作規(guī)則排列。同時(shí)規(guī)定，洞口兩側(cè)部分剪力墻的截面長(zhǎng)度要不小于0.25m。2.2.3洞口形狀的選取準(zhǔn)則在實(shí)際工程應(yīng)用中，剪力墻常常有不規(guī)則形狀的洞口形式，比如狹長(zhǎng)形洞口和寬扁形洞口。為了對(duì)洞口形狀對(duì)剪力墻的剛度和受力性能的影響進(jìn)行對(duì)比分析，本文規(guī)定：對(duì)于小洞口剪力墻、中洞口剪力墻、大洞口剪力墻，不論洞口排列是否規(guī)則，均采用正方形洞口;另外選取帶狹長(zhǎng)形洞口的剪力墻和帶寬扁形洞口的剪力墻模型，進(jìn)行對(duì)比分析，這樣，本文所選的八種剪力墻模型在洞口形狀上具有了較高的代表性。2.2.4剪力墻的荷載選取準(zhǔn)則剪力墻主要功能是承擔(dān)水平荷載，因此本文只考慮水平荷載而不考慮豎向荷載。剪力墻作為高層建筑的主要抗側(cè)力構(gòu)件，其水平荷載主要是通過(guò)剛性樓板傳遞的風(fēng)荷載和地震荷載，為了簡(jiǎn)化其受力模型，也為了減小剪跨比造成的影響，本文在對(duì)八種不同開(kāi)洞形式的剪力墻進(jìn)行分析時(shí)，將水平荷載都施加在了剪力墻的頂部。3用ANSYS軟件分析框架-剪力墻結(jié)構(gòu)3.1用ANSYS軟件剪力框架-剪力墻模型本文所選取的八種剪力墻模型的建模方式，都采用交互式建模和命令建模相結(jié)合的方式。本文混凝土單元采用ANSYS軟件中的SOLID65單元來(lái)建立。本文不考慮混凝土的應(yīng)力松弛現(xiàn)象。對(duì)于剪力傳遞系數(shù)，在混凝土開(kāi)裂的狀態(tài)下，選擇0.125，在混凝土閉合的狀態(tài)下，選擇1。在建模當(dāng)中對(duì)于混凝土的開(kāi)裂做了考慮，混凝土單軸抗拉強(qiáng)度為1.78N/mm2。建模當(dāng)中沒(méi)有考慮混凝土的壓潰現(xiàn)象。其余參數(shù)按照軟件默認(rèn)的方式來(lái)設(shè)。此外，本文采用ANSYS軟件的LINK8單元來(lái)模擬剪力墻邊緣主筋。對(duì)于鋼筋受拉應(yīng)力一一應(yīng)變關(guān)系曲線，采用的是雙線性的模型，此外還在荷載加載位置上，設(shè)置了彈性墊塊，通過(guò)軟件中的SOLID45單元來(lái)對(duì)墊塊進(jìn)行模擬，這樣可以避免在荷載加載當(dāng)中剪力墻出現(xiàn)應(yīng)力奇異的現(xiàn)象。荷載加載采用面荷載的方式。本文主要討論的是剪力墻在水平荷載下的剛度和受力特性，因此對(duì)于混凝土的重量，在建模當(dāng)中不作考慮。3.2網(wǎng)格劃分ANSYS軟件當(dāng)中有四種網(wǎng)格劃分方法：第一種是延伸劃分、第二種是映像劃分、第三種是自由化分、第四種是自適應(yīng)劃分。延伸劃分方法主要就是對(duì)一個(gè)二維網(wǎng)格進(jìn)行轉(zhuǎn)化延伸，變成為三維網(wǎng)格，本文對(duì)剪力墻進(jìn)行網(wǎng)格劃分的方法采用的就是延伸劃分，小單元采用的是六面體，其邊長(zhǎng)為10cm。本文采用直線劃分方式來(lái)劃分剪力墻的邊緣鋼筋，且混凝土的單元長(zhǎng)度，等于鋼筋的單元長(zhǎng)度[11]。圖3剪力墻的有限元模型3.3用ANSYS軟件對(duì)模型求解用ANSYS軟件進(jìn)行靜力學(xué)分析過(guò)程，分為下列幾個(gè)步驟：(1)選擇分析類型。即欲進(jìn)行哪種分析，本文要進(jìn)行靜力學(xué)分析，故選擇命令A(yù)NTYPE，STATI。(2)施加荷載。本文采用交互式命令的方式來(lái)施加荷載，只施加水平力和自由度約束。加載過(guò)程不考慮溫度所造成的影響，加載的過(guò)程是單增的。我們將剪力墻當(dāng)做了豎向懸臂構(gòu)件，所以自由度約束選擇施加在剪力墻的底端。(3)荷載步。荷載步就是是ANSYS軟件在分析當(dāng)中對(duì)荷載進(jìn)行配置的過(guò)程，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的荷載歷程(時(shí)間的和空間的)，在不同的荷載步內(nèi)對(duì)模型施加不同的荷載。本文當(dāng)中，全部的求解過(guò)程的荷載步都設(shè)為1個(gè)。(4)荷載子步。荷載子步代表的是在某個(gè)荷載步內(nèi)設(shè)置的的求解點(diǎn)。不同的分析類型，其荷載子步有不同的目的。本文的荷載子步設(shè)置為30個(gè)。采用NSUBST命令來(lái)設(shè)置荷載子步。(5)其他設(shè)置。①時(shí)間設(shè)置。本文時(shí)間數(shù)等于荷載子步數(shù)。采用TIME命令來(lái)設(shè)置。②線性搜索設(shè)置。設(shè)置為開(kāi)，采用LNSRCH,1命令來(lái)設(shè)置。③自動(dòng)時(shí)間步設(shè)置。設(shè)置為開(kāi)，采用AUTOSTS,1命令來(lái)設(shè)置。④輸出設(shè)備設(shè)置，采用OUTPR,BASIC,ALL.OUTRES,ALL,ALL命令。⑤N-R方法設(shè)置。設(shè)置為完全。采用NROPT,FULL命令設(shè)置。⑥收斂誤差設(shè)置。收斂標(biāo)準(zhǔn)為力的二范數(shù)收斂，誤差容限0.05，采用CNVTOL,F,0.05,2命令設(shè)置。⑦用命令LSWRITE將所有設(shè)置保存到文件中。3.4ANSYS分析后處理ANSYS軟件的后處理是指檢查、提取分析的結(jié)果，是使用ANSYS軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的最重要環(huán)節(jié)。ANSYS軟件的后處理方式有兩種：①通用后處理模塊，POST1。主要用來(lái)觀察在給定的時(shí)間點(diǎn)上整個(gè)模型的結(jié)果，能以圖形、文本形式或動(dòng)畫形式輸出。②時(shí)間歷程后處理模塊，POST264剪力墻的不同開(kāi)洞形式對(duì)框架-剪力墻的抗震性能影響4.1開(kāi)洞率大小對(duì)剪力墻剛度和變形性能的影響剪力墻的抗側(cè)向位移的性能是通過(guò)等效剛度來(lái)表示的。下圖列出了本文中八種不同開(kāi)洞形式的剪力墻的位移一一時(shí)間曲線，與剪力墻的位移一一荷載曲線是等效的。圖4.1整體剪力墻頂端位移—時(shí)間曲線圖4.2規(guī)則排列小洞口墻頂端位移—時(shí)間曲線圖4.3不規(guī)則排列小洞口墻頂端位移—時(shí)間曲線圖圖4.4規(guī)則排列中洞墻頂端位移—時(shí)間曲線圖圖4.5不規(guī)則排列中洞墻頂端位移—時(shí)間曲線圖4.6狹長(zhǎng)洞口墻頂端位移—時(shí)間間曲線圖5.7大洞口墻頂端位移—時(shí)間曲線圖圖5.8寬扁洞口墻頂端位移一時(shí)間曲線圖首先比較整體墻和帶有規(guī)則排列的小洞口墻，比較圖4-1和圖4-2。如圖可見(jiàn)，整體墻和規(guī)則排列小洞口墻的位移一時(shí)間曲線較為相似，斜線段的時(shí)間接近，之后都有豎直段，豎直段之后兩圖有區(qū)別，整體剪力墻的形狀是上凸的，而小洞口剪力墻是上凹的，整體剪力墻的這一段較為平緩。從兩圖的斜線段看出，兩種剪力墻混凝土開(kāi)裂時(shí)間接近，說(shuō)明兩種剪力墻底端受拉區(qū)開(kāi)裂時(shí)的靜荷載大小接近，其斜率也接近說(shuō)明位移隨時(shí)間而增長(zhǎng)的幅度也是接近的。因?yàn)榛炷恋牧芽p開(kāi)展是遞進(jìn)的，所以整體剪力墻的圖4-1的豎直段要比圖4-2的豎直段長(zhǎng)一些，且之后的曲線更為平緩，這也說(shuō)明整體墻開(kāi)裂之后鋼筋何混凝土間應(yīng)力的傳遞要更為平緩。帶小洞口的剪力墻混凝土開(kāi)裂過(guò)程較短，鋼筋與混凝土之間應(yīng)力的傳遞也較短，因此圖4-2中的豎直段較短，且與之后的斜線間有尖角，這主要是因?yàn)槎纯诘挠绊懀绕涫窃诘撞浚纯谑沟弥骼瓚?yīng)力發(fā)生間斷?？傮w上看，整體剪力墻和帶小洞口的剪力墻的變性特征是彎曲變形。圖4-2、圖4-4、圖4-7是洞口大小不同但排列規(guī)則的剪力墻的位移一一時(shí)間曲線，相對(duì)比可以看出，直線段斜率變化加大，說(shuō)明洞口越大即開(kāi)洞率越大對(duì)剪力墻剛度的影響也越大。從圖4-7還看出，大洞口剪力墻的變性特征不再是彎曲形，而是類似于框架結(jié)構(gòu)的剪切型。圖4-7的形狀和其它圖形形狀不同，第一、它是由一系列斜率不同的直線段連接組成，第二、它沒(méi)有豎直段。出現(xiàn)第一種現(xiàn)象的原因，是因?yàn)榇蠖纯诘某霈F(xiàn)使得剪力墻接近于框架，墻肢和連梁接近于桿件。當(dāng)某個(gè)桿件端部受拉區(qū)混凝土出現(xiàn)裂縫，整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度就會(huì)減小。隨著第二條、第三條裂縫的出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的整體剛度進(jìn)一步減小。但在下一條裂縫出現(xiàn)的間隔里，剪力墻的剛度不變，因此帶大洞口的剪力墻的變形一一時(shí)間曲線是由一系列曲率不同的直線段組成，且曲率逐漸加大，即剛度不斷減小。出現(xiàn)第二個(gè)現(xiàn)象的原因，首先是因?yàn)榇蠖纯诘某霈F(xiàn)使得墻肢和連梁的截面都變得較小，在彎曲變形情況下，若變形曲率相同，則墻肢和連梁受拉區(qū)的裂縫較小，使得裂縫間鋼筋何混凝土間應(yīng)力的傳遞較為平緩，避免了荷載不變而變形(裂縫)增長(zhǎng)較大的情況。其次，當(dāng)裂縫在剪力墻底部的受拉區(qū)出現(xiàn)時(shí)，位移時(shí)間曲線上才會(huì)出現(xiàn)豎直段，而裂縫出現(xiàn)在剪力墻上其它的部位，則不會(huì)出現(xiàn)位移的突然大幅增加。大洞口的出現(xiàn)使得剪力墻各個(gè)構(gòu)件上的受拉區(qū)都有可能第一個(gè)出現(xiàn)裂縫。圖5-9和圖5-10有助于說(shuō)明這一點(diǎn)。圖5.1規(guī)則排列中洞墻裂縫與變形圖5.2規(guī)則排列大洞墻裂縫與變形圖5.3規(guī)則排列小洞墻裂縫與變形圖5.4不規(guī)則排列小洞墻裂縫與變形圖5.5排列不規(guī)則中洞墻變形圖圖5.6整體墻裂縫與變形圖4.2洞口是否規(guī)則排列對(duì)剪力墻剛度和變形性能的影響我們通過(guò)對(duì)比帶規(guī)則排列小洞口剪力墻和不規(guī)則排列小洞口剪力墻的位移一時(shí)間曲線圖4-2和圖4-3來(lái)說(shuō)明。首先比較兩圖中裂縫出現(xiàn)的時(shí)間先后，也就是比較裂縫出現(xiàn)時(shí)荷載的大小。發(fā)現(xiàn)不規(guī)則排列小洞口剪力墻開(kāi)裂要早，說(shuō)明開(kāi)裂時(shí)其荷載較小。這是因?yàn)槎纯谂帕胁灰?guī)則，使得剪力墻底部受拉區(qū)墻肢的截面較小，因此這里的混凝土拉應(yīng)力首先達(dá)到了抗拉強(qiáng)度而開(kāi)裂，洞口規(guī)則排列的剪力墻底部墻肢截面則較大，開(kāi)裂要晚一些。圖-3的豎直段較短，是因?yàn)槠涫芾瓍^(qū)截面較小所以裂縫不大，從而鋼筋何混凝土間的應(yīng)力傳遞較為平緩的緣故。圖4-3和圖-4表示了兩種剪力墻的裂縫與變形情況，可以很好地說(shuō)明這一點(diǎn)。其次，發(fā)現(xiàn)圖4-3要比圖4-2更為復(fù)雜。這一點(diǎn)可以從規(guī)則排列洞口剪力墻和不規(guī)則排列洞口剪力墻的裂縫、變形情況進(jìn)行說(shuō)明。如圖5-11和圖5-12所示，圖5-11中只有剪力墻底部出現(xiàn)裂縫，在底部裂縫出現(xiàn)后，規(guī)則排列小洞口剪力墻的變形性能還是特性結(jié)構(gòu)的特性。而圖4-4中，不僅剪力墻底部出現(xiàn)裂縫，而且在底部洞口的角部，混凝土也出現(xiàn)了裂縫，這說(shuō)明這里有較為嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。隨著這些部位的裂縫逐漸出現(xiàn)、開(kāi)展，剪力墻的整體剛度也逐漸變小，但在兩個(gè)裂縫出現(xiàn)的間隔，結(jié)構(gòu)還是表現(xiàn)為彈性變形的特征，因此，圖4-3所示的不規(guī)則洞口的剪力墻的位移時(shí)間曲線是較為復(fù)雜的折線組成。第三，對(duì)比圖4-3和圖4-2發(fā)現(xiàn)，相同的時(shí)間(荷載)下，圖4-3的位移要比圖4-2的位移大很多。這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明剪力墻上洞口排列不規(guī)則的話，會(huì)對(duì)其剛度產(chǎn)生較大的削弱。4.3不同的洞口形狀對(duì)剪力墻的影響圖4-6與圖4-8本別是帶狹長(zhǎng)洞口的剪力墻和帶寬窄洞口的剪力墻的位移一時(shí)間曲線，圖4-8要比圖4-6復(fù)雜，通過(guò)對(duì)比我們得到三點(diǎn)結(jié)論:(1)帶寬扁洞口的剪力墻裂縫出現(xiàn)時(shí)間要早。這時(shí)因?yàn)閷挶舛纯诘某霈F(xiàn)將剪力墻分成了短柱和強(qiáng)梁，在水平力作用下的短柱，主要的變形形式是剪切變形，因此帶寬扁洞口的剪力墻較容易發(fā)生脆性破壞。相反，狹長(zhǎng)洞口的出現(xiàn)將剪力墻變成了聯(lián)肢墻，類似強(qiáng)墻弱梁的結(jié)構(gòu)。因此在設(shè)計(jì)中要盡量避免寬窄洞口剪力墻。(2)圖4-6和圖4-8的曲線形狀差別很大，圖4-6有較長(zhǎng)的彈性階段，亦有豎直段，而圖4-8的彈性階段較短，且整體曲線復(fù)雜。圖4-3和圖4-4表示了寬扁洞口剪力墻和狹長(zhǎng)洞口的剪力墻的裂縫與變形情況，對(duì)比這兩個(gè)圖發(fā)現(xiàn)，帶狹長(zhǎng)洞口的剪力墻除了其底部外，其余部分沒(méi)有明顯的裂縫出現(xiàn)，說(shuō)明其延性比寬扁洞口剪力墻要好。而帶寬窄洞口的剪力墻的裂縫主要出現(xiàn)在兩個(gè)地方，一是受拉區(qū)短柱上，另一個(gè)是在每個(gè)洞口的右下角，這說(shuō)明洞口的右下角有較為嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。裂縫逐漸發(fā)展，帶寬窄洞口剪力墻的整體剛度也逐漸變小