格构式混凝土填充墙的拱作用分析
陈晟， 蔡贤辉
(大连理工大学运载工程与力学学部工程力学系。 辽宁大连1 16001)
【摘要】 采用基于不同应变假定的线性应变法和平均应变法，对格构式混凝土填充墙中的格构柱的拱作
用进行分析，得到：拱作用可使墙体的出平面承载能力得到大幅提高，其提高系数随格构柱高径比的增加而线性
减小；墙顶缝隙对墙体的拱作用影响显著。对比两种不同的方法，并与ANSYS非线性有限元分析结果相比较，得
到三铰拱模型的强度结果是偏小的，其中线性应变法的结果更为保守。
【关键词】 格构柱；填充墙；承载能力；平面外；拱作用
【中图分类号】TU312．1 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2014)09—0060—04
格构式混凝土墙由非承重的轻质空心块体或保
温模壳充当模板，在孔洞内浇注自密实混凝土形成横
竖网格状的混凝土受力小构件的一种复合墙体。该类
墙体由于自重轻、施工快、整体性好，具有较好的市场
前景。本文以水泥聚苯保温模壳格构式混凝土墙
体⋯为例，对该墙体充当填充墙时的出平面受力性能
进行分析。文献[2]分析认为，上下两端连接良好的
砖填充墙或砌块填充墙受水平均布荷载或层间位移
时存在明显的拱作用，使得墙体的承载能力以及变形
能力在不同的墙体高厚比下均有相当程度的提高。本
文的格构式墙体作为填充墙的一种，拱作用的影响同
样不可忽视，本文对此问题进行专门研究。
1 简化模型
水平均布荷载是填充墙体设计计算的主要荷载
方式，对应于风荷载以及地震惯性荷载。对于该种荷
载作用，两端脱开的填充墙体可保守地简化为梁模型
进行分析。文献[2]通过ANSYS模拟分析，验证了拱
作用在砌体墙出平面受力过程中的存在，并在此基础
上提出了三铰拱模型，如图1(a)所示。
(a)拱模型 (b)几何关系 (c)端部线性应变
图1均布荷载作用下拱机制原理简图
对于水泥聚苯保温模壳格构式混凝土填充墙体，
该三铰拱简化模型同样适用，只是原本的梁模型对应
于格构式墙体中的圆形格构柱。考虑实际工程中因抗
震设计要求(填充墙与主体结构脱开或柔性连接)或
填充墙浇注时的顶部缝隙情况，记墙顶缝隙宽度为 ，
墙体净高为日，则层间净高为日+ 。此模型下，在墙
体顶端侧移受限的前提下，上、下段因开裂破坏发生转
角0时，受压宽度6可表示为：
6． n H H
一2一石 + 一4—si—nO (1)
上式中，D为格构柱的直径。
2 拱作用力的计算
图1(a)的墙体上下段在水平荷载作用下发生转
角0时，在拱作用力计算时，对应不同的应变假定存在
两种不同的方法，即平均应变法Ⅲ和线性应变法⋯ 。
(1) 平均应变法。在拱作用力计算时，利用上
段或下段墙体的两端受压区的对称性，对拱内应变做
一致假定，其大小取为：
d 2b·tanO ， 、
s — z
记该平均应变对应的应力为厂b，则作用在受压区
中心处的合力，即拱作用力 为：
T=fbAcosy／cosO (3)
式中，A为受压区面积；y为拱夹角，由墙体两端
的受压区合力位置所决定。
根据拱作用力与水平均布力之间的关系：
：2T．。iny (4)
得水平均布力W与拱内平均应力等的关系为：
： 了 (35 )
式中，s为格构柱的间距。
(2) 线性应变法。在拱作用力计算时，对墙体
平面内的应变做平截面假定，并在墙高方向上根据分
段墙体两端受压区的对称性假定应变呈线性变化。这
样，受压区的应变分布可表示为：

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