1 研究背景

短肢剪力墙[1]作为一种新型结构体系，因具有异形柱和剪力墙的优点，被广泛应用于高层民用住宅、商场、宾馆等建筑中。自容柏生[2]院士提出短肢剪力墙这一新型结构体系以来，学者们又做了大量的试验以及理论研究。学者们对短肢剪力墙结构体系的研究主要有3种情形：短肢剪力墙单一构件、短肢剪力墙平面框架、短肢剪力墙整体结构。

黄东升等[3]借助弹性有限元程序，推导了反弯点的相对高度确定的理论公式。张晋等[4]对短肢剪力墙-筒体结构模型进行了振动台试验，验证了该结构体系具有较好的抗震性能。况建刚[5]通过对短肢剪力墙的拟静力试验，研究了T型短肢剪力墙端节点在低周往复荷载作用下的破坏特征。郭棣[6]对宽肢异形柱的力学性能进行了理论分析和试验研究，并得出了异形柱破坏形式随截面肢长宽比变化的规律。李杰等[7]对12根截面肢宽厚比分别为4:1、5:1和6:1的L形异形柱进行了拟静力试验，结果表明，L形异形柱由于其截面不对称，只有处于受压状态下的部分翼缘混凝土具有抵抗弯矩的作用，并指出在异形柱端部和转角处设暗柱，可以明显改善试件的抗弯性能和延性。肖良丽等[8]对短肢剪力墙构件进行了单调荷载作用下的有限元计算，发现计算结果与试验结果吻合较好。傅剑平[9]从整体结构中选取中间层上下柱反弯点之间梁柱节点进行拟静力试验，得出了节点构件的受力机理。卢学臣等[10] 对竖向荷载作用下短肢剪力墙结构的承载能力进行了试验研究，结果表明，在竖向荷载作用下墙肢整体受弯，连梁端部和墙板连接处为短肢剪力墙结构的薄弱区。M. Nabil等[11]利用有限元软件建立了模型试件的非线性模型，根据试验数据与模拟数据的比对，得出了节点边界条件和配筋率的改变对节点核心区的承载能力有一定影响的结论。

在地震作用下，短肢剪力墙节点受梁柱传来的弯矩、轴力和剪力作用，是结构体发生应力集中破坏的薄弱处。因此，本文对单一地震荷载作用下，短肢剪力墙节点进行拟静力试验，同时借助ANSYS有限元分析软件建立有限元模型[12]，研究在不同轴压比下节点的耗能性能。

2 试验概况

利用PKPM软件计算得到20层的短肢剪力墙框架结构民用住宅建筑，作为本试验研究的工程背景。结构的层高为3 200 mm，开间为6 000 mm，进深为6 000 mm。其角柱采用L形短肢剪力墙，中间柱采用T形短肢剪力墙。取上述民用建筑顶层节点结构，研究其耗能特性。

2.1 试验模型参数

将上述所取的节点结构按1:3的比例做成试验模型。该模型高为1 150 mm，翼缘墙截面和墙肢宽均为100 mm，模型尺寸见图1，图中单位为mm，后同。

 

  

图1 模型尺寸Fig. 1 Model dimensions

参照混凝土结构设计的规范与技术规程[13-14]设计试验模型，并且按照1:3的相似比配筋。足尺短肢剪力墙节点结构竖向配筋为24Φ14，钢筋面积为3 693.6 mm2；试验模型实配竖向钢筋为126+64，钢筋面积为1 357.2 mm2。足尺短肢剪力墙节点结构钢筋分布为Φ10@200，每米宽板的钢筋面积为393 mm2；模型实配钢筋分布为6@200，钢筋面积为141 mm2。足尺短肢剪力墙节点结构连梁配筋为2Φ25+2Φ22，钢筋面积为1 742 mm2；模型实配连梁钢筋为48，钢筋面积为565 mm2。足尺短肢剪力墙节点结构连梁箍筋为Φ8@200，每米宽板的钢筋面积为251 mm2；模型实配箍筋为4@150，钢筋面积为83.8 mm2。模型的配筋如图2所示。

  

图2 模型配筋图Fig. 2 Model reinforcement diagram

2.2 测点布置

根据受力弯矩的大小，沿短肢剪力墙节点模型纵向截面高度布置纵筋应变片，以测量竖向钢筋的受力应变。根据箍筋的疏密程度，在模型腹板和翼缘板上布置适量应变片，以检测箍筋对模型的约束变形。腹板和连梁的交接处是结构发生塑性变形的主要部位，故在此部位对纵筋、箍筋增加测量点，增加应变片的布置。应变片的分布位置如图3所示。

  

图3 模型应变片布置图Fig. 3 Model strain sheet layout

2.3 加载方式

试验加载前，在模型表面涂刷一层白浆，并在其上面绘制100 mm×50 mm的网格，以便于对试验现象的观察。通过竖向反力循环加载装置，给模型腹板的连梁端施加低周反复荷载。先利用力控制法逐级增加正、反向荷载，且控制加载进程。在加载过程中，每级荷载峰值增加20 kN，并且单次循环加载，直到梁与腹板交界面出现较多明显宽裂缝后停止加载；将力控制加载改为位移控制加载，并且每级单次循环加载，直到荷载下降到极限荷载值的80%，试验终止。结构模型加载示意图如图4所示，图中P为梁端施加力荷载，Py为正向梁端屈服荷载，Pcr为正向梁端开裂荷载，Pe为正向预荷载，UΔ为梁端施加位移荷载。

  

图4 结构模型加载图Fig. 4 Structure model loading diagram

3 有限元分析模型的建立

3.1 建模原理

在地震作用下，短肢剪力墙节点核心区受到梁柱传来的弯矩、剪力和轴力作用，受力状态比较复杂，节点核心区通过塑性铰区对梁提供支承和约束，节点核心区的应力变形损伤程度也直接影响梁端的滞回性能。因此，可以通过短肢剪力墙墙肢与梁的组合体来研究其节点的耗能性能。短肢剪力墙节点核心区在梁端施加的竖向低周反复荷载作用下，其受力变形与破坏过程可划分为初裂阶段、通裂阶段、极限阶段和破坏阶段[15]。由于影响短肢剪力墙节点的因素比较多，本文对同组结构模型在配筋率、肢厚比、混凝土强度一定的条件下，研究不同的轴压比u对短肢剪力墙节点耗能性能的影响。图7为同组结构模型在轴压比分别为0.1, 0.2, 0.3, 0.4下的梁端荷载（P）-位移（Δ）滞回曲线。

3.2 边界条件

如图6a、b所示，短肢剪力墙节点的连梁端部是受力弯矩最大处，当荷载达到混凝土开裂强度时，出现许多横向发展的细密斜裂缝。随着竖向荷载的增加，横向斜裂缝逐渐变长、变宽，形成一个塑性变形区域，即塑性铰区，如图c所示。随着短肢剪力墙节点核心区受剪承载力的增大，节点核心区表面的斜裂缝开始沿腹板向翼缘板侧面纵向发展，裂缝长度缓慢增加，而宽度和深度逐渐增大，塑性铰区的范围扩大，塑性转角也不断增大，如图d所示。当继续增大竖向荷载时，节点核心区斜裂缝逐渐向腹板内部交叉延伸，腹板表面形成了明显的斜向交叉裂缝，如图e所示。随着塑性铰区的扩大，新的纵向裂缝在初始裂缝上部墙肢表面出现，裂缝的长度增加并且出现位置的高度不断向墙肢顶部靠近，如图f所示。可见，在腹板梁端达到塑性破坏之前，节点核心区的钢筋屈服变形随加载级别的增加而增大，箍筋的约束强度将达到极大值，使得钢筋与混凝土间的销接作用被破坏，裂缝间的受拉钢筋应变趋于均匀变化。

3.3 有限元模型

按照足尺短肢剪力墙节点结构实际尺寸，采用分离式法建立有限元模型，如图5所示。计算时单元边长取为50 mm，子步数取300。根据工程实际情况对有限元模型墙肢底部截面所有节点施加固定约束，对与翼缘板相连的梁端截面上的节点施加3个方向上的位移约束；然后在与腹板交接的连梁端施加逐级增加的循环往复竖向集中荷载。

  

图5 钢筋混凝土结构有限元模型Fig. 5 Finite element model of reinforced concrete structure

4 有限元计算结果分析

4.1 裂缝发展过程分析

图8是轴压比u分别为0.1, 0.2, 0.3, 0.4时结构模型的梁端荷载-位移骨架曲线。

 

  

图6 模型裂缝云图Fig. 6 Model fracture nephogram

在整体楼层结构中，短肢剪力墙的上下两个反弯点截面受到平面内刚度极大的楼层板的约束，其截面变形主要为竖向压缩和横向的相对侧移。竖向荷载作用引起的压缩变形和应力符合平截面的假定，属于静力平衡问题，而上下两个反弯点截面的相对侧移最能反映模型结构的实际工作状况。所以，将结构复杂的力学边界条件用位移边界条件代替，在短肢剪力墙下端截面施加完全约束，上端截面根据轴压比大小施加均布轴向压力。翼缘板连梁末端施加UX、UY、UZ 3个方向的约束，腹板连梁端作为加载端无施加约束。

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4.2 滞回效应分析

因试验模型的钢筋布置比较均匀，且考虑钢筋和混凝土的黏结和滑移，故对试验模型进行有限元分析时采用分离式建模。混凝土材料单元选用SOLID 65，采用W-W破坏准则判别混凝土的开裂和压碎，采用von-mises屈服准则判别混凝土是否进入塑性变形。钢筋单元采用LINK 8，钢筋的本构关系采用BISO-双线性等向强化模型，弹性模量为2×104 MPa，钢筋屈服强度为300 N/mm2，泊松比为0.30。混凝土本构关系采用MISO-多线性等向强化模型，泊松比为0.23。节点结构模型采用ANSYS内部设定的8节点六面体映射划分结构网格，考虑大变形效应，关闭混凝土压碎计算程序，从而减少计算分析程序。

 

  

图7 不同轴压比下的荷载-位移滞回曲线Fig. 7 Load displacement hysteretic curves under different axial compression ratios

由图7可知，反复加载的前3个循环，其滞回曲线几乎呈直线变化。这表明节点核心区处于弹性工作状态，并且滞回曲线所围的面积很小，说明此时的结构耗能能力较小，结构的刚度退化很小。增大循环级数，滞回曲线呈捏缩形状，这说明节点核心区进入通裂阶段，内部斜裂缝扩展延伸；滞回曲线所围的面积较大，耗能能力较好，刚度退化比率增大。后期循环加载中，滞回曲线进一步过渡到S型，节点核心区发生剪切变形，内部产生很多交叉裂缝，并且梁中纵筋出现明显的黏结滑移现象。

周小羽也不躲，也不闪，任凭棍子砸下来，这样一来李老师看不下去了，迅速地伸手拦了一下，结果李老师的手上挨了重重的一棍子。痛得李老师大叫了一声哎哟，李老师惊呆了，说，小羽妈妈，你不能这么下重手啊，孩子重在教育，不是打骂呀。

4.3 骨架曲线分析

结构模型在不同荷载作用下的裂缝发展云图如图6所示。从图中明显发现，T形短肢剪力墙腹板与连梁的交接点处，在竖向荷载作用下发生弯剪变形而出现裂缝。最早的裂缝标为红色，第二次产生的裂缝标为绿色。

对比图8中的荷载- 位移骨架曲线可以发现，随着轴压比的增大，曲线的斜率增大，其所对应的滞回环更饱满，结构的耗能性能更好。但当荷载P增大到一定值时，曲线的斜率增加不明显，这一结果表明，增大轴压比可以在一定程度上提高短肢剪力墙节点的耗能性能。

  

图8 不同轴压比下的荷载-位移骨架曲线Fig. 8 Skeleton curves of load-displacement under different axial compression ratios

在ADS中建立对应的8单元阵列仿真模型，接收通道用放大器行为模型等效，馈电网络使用基于传输线模型的威尔金森功分器级联而成，其中双通道T/R组件的ADS仿真模型如图4所示，阵列模型由双通道T/R组件模型并联而成。通道激励使用同相单音功率源，输入功率为-40 dBm，8路放大器的增益及噪声系数值设置同上，仿真使用AC仿真器对电路网络进行电压和噪声的计算，获得馈电网络共用端(集合口)信号电压0.166∠12.9°V，噪声电压12.1 nV，应用噪声系数定义式(1)，得到在加权条件下的等效噪声系数为3.15 dB。ADS仿真中，使用行为模型引入匹配问题和计算误差，因此仿真结果和理论计算有少量误差。

5 结论

综上所述，可得以下结论：

结果显示，入院后6～12小时两组患者SAS、SCL-90、SDS和VAS评分差异均无显著性（P＞0.05），见表1～3；围手术期对患者进行心理护理后于出院前一天对两组再次进行心理评估，干预组SAS、SCL-90、SDS评分较对照组明显下降，差异有显著性（P＜0.05）；VAS评分差异无显著性（P＞0.05）。

1.5肺压缩程度:老年组局限性气胸和肺压缩<20%者46例(48.9%),肺压缩20%~50%者32例,肺压缩>50%者16例。中青年组肺压缩>50%者38例(73.1%),肺压缩20%~50%者12例,<20%者2例。

1）有限元分析结果表明，随着轴压比的增大，结构模型的梁端荷载-位移滞回曲线越饱满，这说明增大轴压比能够提高结构的耗能性能。

当患者晶状体代谢紊乱导致晶状体蛋白质变性且混浊，便会产生白内障；当患者眼内压持续或间断性升高导致眼部组织与视神经受损，便会形成青光眼。两种疾病都以中老年患者为主要发病群体，若患者未能得到及时治疗，便会引起视野丧失甚至失明。

2）结构模型的骨架曲线分析表明，在一定取值范围内，增大轴压比能提高结构的耗能性能，但超出该范围反而会降低结构的耗能性能。

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[15]赵国藩. 高等钢筋混凝土结构学[M]. 北京：机械工业出版社，2005：380-413.ZHAO Guofan. High Reinforced Concrete Structure[M].Beijing：China Machine Press，2005：380-413.