耦联率的下限

为了明确不同耦联率FRC对角斜筋小跨高比连梁联肢剪力墙的受力性能，分别设计了3个FRC对角斜筋小跨高比连梁联肢剪力墙，耦联率分别选用20%，30%和45%，联肢墙层数均为12层。对应试件编号为HPCW-CR，CR表示对应耦联率。原型结构为一幢12层钢筋混凝土剪力墙结构，取其中的一片对称双肢剪力墙进行研究。结构层高3m，总高36m。Ⅰ类场地，设计地震分组为第一组，设防烈度为8度。墙肢混凝土强度等级为C40，剪力墙截面尺寸为300mm×4000mm，设计轴压比为0.3。采用钱稼茹[13]提出的变形能力设计方法，设计延性需求为4。约束边缘构件长度为800mm，竖向和水平分布筋为Φ8@200，双层钢筋网，配筋率为0.25%。纵筋选用614。边缘约束构件箍筋采用Φ5@100。不同耦联率连梁配筋见表5.1。联肢剪力墙结构墙肢采用普通混凝土，连梁采用FRC，其强度等级为C30。最后，利用ABAQUS对其进行了低周反复荷载模拟，加载时采用2点控制。下面对耦联率进行分析。

图5.2 连梁配筋示意图

表5.1 连梁参数

结构通过材料的内摩阻或局部损伤将能量转化为热能而耗散能量，耗能越多，表明结构抗倒塌能力越强。联肢剪力墙耗能途径分别是墙肢底部形成塑性铰和连梁端部形成塑性铰。分别对试件HPCW-20、HPCW-30和HPCW-45在反复荷载作用下的荷载-位移滞回曲线进行积分，并同时除以试件HPCW-45的总耗能，所得3个试件的总耗能之比为0.08:0.19:1。耦联率为20%及30%时耗能小于耦联率为45%的耗能，表明耦联率在45%以下时，联肢剪力墙的耗能途径为连梁端部首先形成塑性铰，其次为墙肢底部形成塑性铰。

经计算，试件HPCW-20、HPCW-30和HPCW-45位移延性系数分别为2.58、5.02和5.37。计算结果表明，当联肢剪力墙的耗能途径为连梁端部首先形成塑性铰时，其延性随着耦联率的增大而增大；当联肢剪力墙更倾向于墙肢整体受力时，其延性随着耦联率的增大而减小。耦联率为20%时，延性系数仅为新西兰的混凝土结构设计标准[5-5]要求位移延性系数52%，没有充分发挥连梁的耦联作用。

根据联肢剪力墙的荷载—位移滞回曲线绘制了3个试件的骨架曲线，并由骨架曲线各特征点计算割线刚度，得到刚度退化曲线，如图5.3所示。

图5.3 不同耦联率联肢剪力墙骨架曲线与刚度退化曲线对比图

从图5.3可见：1）当荷载达到最大承载力时，耦联率为45%时骨架曲线后期承载力下降段既长又平缓，表明其变形能力较大，耦联率为20%时结构的变形能力较差；2）联肢剪力墙结构的初始刚度随着耦联率的增大而增大，表明当耦联率增大时，延缓了连梁裂缝的出现和开展，联肢剪力墙更倾向于墙肢整体受力；3）对比屈服阶段刚度，发现随着位移幅值的增加，耦联率为20%和30%时，结构的刚度逐渐小于耦联率为45%时的刚度，主要是由于联肢剪力墙耦联率增大，连梁的刚度增加，联肢剪力墙整体结构刚度增大。

通过在有限元程序中追踪结构的整个软化过程，结构的破坏过程与以上推论相符。由于篇幅有限，此处仅列出试件HPCW-45的软化过程，如图5.4所示。图中深蓝色显示的区域代表材料仍具有弹性材料的特性。试件HPCW-45当结构推覆至骨架曲线中最大荷载时，第三层连梁形成塑性铰（图5.4a），结构侧向承载力逐渐下降。当结构推覆至骨架曲线中极限荷载时，连梁及墙肢底部均形成塑性铰（如图5.4b），说明其有较好的耗能能力。

图5.4 试件HPCW-45破坏过程

经过以上综合分析，耦联率为20%时，联肢剪力墙延性系数仅为2.58，且耗能能力相对较差；耦联率为30%时，联肢剪力墙延性系数达到5.02，满足新西兰的混凝土结构设计标准[5]对联肢剪力墙延性系数的要求，且破坏时连梁先于墙肢屈服，较好的发挥了连梁对联肢剪力墙的耦联作用；耦联率为45%时，联肢剪力墙抗震性能优于耦联率为20%及30%的联肢剪力墙。结合文献[5～9]中建议的耦联率取值范围及本章分析，建议FRC对角斜筋连梁联肢墙耦联率下限取为30%。