问题描述:
如何判断分层壳在弹塑性分析中的性能状态?
解答:
方法一:通过查看分层壳应力判断剪力墙的受力状态
命令路径:【显示】>【力/应力图】>【壳应力/力】
图1 显示分层壳应力
其中,
荷载工况一栏若选择为时程分析工况,可选择变形或层间变形较大的时刻显示分层壳应力。荷载工况一栏若选择为Pushover工况时,需选择性能点对应的步数显示分层壳应力。
分量类型选择为分层应力,分层壳应力可按壳属性和层名进行显示,或者仅按层名显示。实际应用中通常选用仅按层名分别显示混凝土层和钢筋层。输出位置中的厚度位置:1.0000 Top(顶层)、0.0000 Mid(中间层)、-1.0000(底层),以及高斯积分点位置,例如:-0.5774 IP1(高斯积分点1)、0.5774IP2(高斯积分点2)。若只关注剪力墙平面内的压弯非线性行为,可选择0.0000 Mid。
各壳应力分量可参考《分析参考手册》第十章内容。默认情况下,如需观察剪力墙平面内的压弯非线性行为可选择S22,其他情况应依据局部轴进行判断。
分层壳应力显示如下:
图2 典型混凝土层应力分布 图3典型钢筋层应力分布
通过分层壳的应力分布(图2、图3),可以大致观察到剪力墙是否屈服(钢筋层应力),混凝土受压区高度,中和轴位置,以及钢筋的应力状态等等,甚至可以通过钢筋应力估计出剪力墙的应变情况(但不可通过混凝土应力去估计其应变状态)。
方法二:通过分层壳边缘纤维应变确定其性能状态
基于《建筑结构抗倒塌规范》CECS 392 2014中5.4.4条的要求,压弯破坏的钢筋混凝土构件的损坏等级可以依据钢筋和混凝土的应变确定。
在ETABS中,可以通过广义位移来获取分层壳边缘纤维的应变。
命令路径:【定义】>【广义位移】
图4 通过广义位移来获取分层壳边缘纤维的应变
依据材料力学中应变的计算公式:,图4中,U3栏数值分别填为+1/H和-1/H,其中H为层高。
应当注意的是,通过此方法得到的是一个平均的应变,因此有两个使用条件,其一是墙肢的高度应足够大,使用一层平均应变表达剪力墙的应变具有足够的代表性,否则应沿纵向分割剪力墙。其二是墙肢的高宽比应足够大,整体体现出明显弯曲破环状态,使用边缘处的应变可以判断混凝土是否压碎或钢筋是否拉断。
用户可以通过模型浏览器中【表】>【分析】>【结果】>【位移】>【Joint Displacements-Generalized】查看广义位移结果。如图5所示。
图5 广义位移结果查看
方法三:通过查看分层壳转角判断剪力墙的性能状态
依据美国规范ASCE41-13中10.7.2节中的规定,可以通过塑性铰转角判断剪力墙的性能状态。如图6和图7.
图6 塑性铰转角示意图
图7 剪力墙可接受准则
在ETABS中,可以通过广义位移计算塑性铰转角。
命令路径:【定义】>【广义位移】
图8 通过广义位移计算塑性铰转角
其中图8中U3栏数值分别填为+1/L和-1/L,其中L为墙长。
用户应当注意的是,lp应满足规范中的要求,并且相应的可接受准则的计算都是符合美国规范要求的,可能会与中国规范有出入。用户也可以按照《建筑结构抗倒塌规范》CECS 392 2014中5.2.8条取用。
计算结果的查看可参考方法二。