箱式反力墻設計研究綜述

凌絲露,劉 麒

（1.江西工業職業技術學院;2.中國瑞林工程技術有限公司,南昌 330000）

箱式反力墻設計研究綜述

凌絲露1,劉 麒2

（1.江西工業職業技術學院;2.中國瑞林工程技術有限公司,南昌 330000）

結構試驗反力墻是一種大型特種結構，具有高承載力、大剛度等特點，本文根據目前已有文獻，對箱式反力墻的尺寸與選型、設計參數、荷載工況進行了總結。

箱式反力墻；尺寸；選型；設計參數；荷載工況

1 前言

近年來，隨著我國經濟實力的不斷進步，科技人才的培養也顯得尤為重要。我國各大高校也積極響應國家政策，加強教學硬件的設置。對于土木工程類院校，結構實驗室的建設成為了重中之重。反力墻是結構實驗室中占地較大、使用率較高的特種結構，反力墻通過固定于墻體上的水平作動器為試件提供水平荷載，因此它受到往返兩個方向的水平力。反力墻多用來進行擬動力試驗或靜力試驗，比如多層框架的抗震性能分析等。它不同于普通墻體，它具有承載力高、剛度大的特點。近年來對反力墻的研究越來越多,為了給后續的研究者提供方便，作者將近年來關于反力墻的研究進行了分類總結。

為滿足反力墻承載力和剛度的要求，可以分為鋼結構鋼筋混凝土結構兩種形式。鋼結構造價過高，而對于大多數高校結構實驗室來說，鋼筋混凝土結構的反力墻既能滿足試驗要求又能節約經費，因此成為反力墻的主要結構形式，本文只針對鋼筋混凝土結構的反力墻進行討論。根據目前已有文獻，本文對箱式反力墻的尺寸與選型、設計參數、荷載工況進行了總結。

2 反力墻的尺寸與選型

目前的結構實驗室一般建有X、Y雙向反力墻，部分實驗室建有單向反力墻，這主要取決于該試驗室的規模大小和試驗需求。雙向反力墻有兩種做法，一種是X面與Y面之間設有間隙，間隙處可設置樓梯間，通過樓板、拉梁將兩面墻進行拉結；另一種則是兩方向反力墻交結成整體，不設間隙。反力墻一般設計為室內外均可使用的結構形式，并與試驗臺座連成整體。反力墻的尺寸的大小主要取決于以下幾個因素：（1）結構實驗室的規模大小；（2）試驗的要求，需要考慮幾個試驗在臺座上同時進行的可能性以及試驗構件的尺寸大小，高度在11m至12m的反力墻可以進行五層小尺寸框架結構試驗，內外均能使用的反力墻一般高寬各10m左右，厚4m左右。

根據對目前已有文獻的總結發現，反力墻的結構形式也主要有槽式和箱式兩種。本文將墻高大于9m的反力墻稱為大型反力墻，墻高越大，其對最大水平位移要求更高，因此建議選擇箱式結構更能滿足試驗要求。

3 反力墻的設計參數

由于近年來箱式反力墻臺座在各高校結構試驗室中廣泛使用，所以作者主要針對箱式反力墻和箱式試驗臺座，對它的各方面細節設計進行了總結。

（1）混凝土強度等級。反力墻要求具有較大的承載力和剛度，所以其對混凝土強度等級要求比一般住宅高。目前，反力墻一般選擇強度等級為C40至C60的混凝土，其中以選擇C40的混凝土居多。反力墻對裂縫的控制要求同樣非常高，所以不宜選擇強度等級過高的混凝土，建議選用C40的混凝土。

（2）墻厚。箱型反力墻墻厚跟其規模大小以及墻板受力情況有關。由于反力墻必須具備較大的剛度，所以配筋量比一般墻體大，墻體的厚度也比普通外墻大。國內現有文獻中，中小型規模的箱式反力墻墻身厚多定為300mm至600mm，但本文認為，反力墻正反兩面外墻因承受大部分彎矩、拉壓力和剪力，且其對裂縫、頂點最大水平位移要求非常高，因此厚度需適當增加，建議選擇500mm至800mm為宜。反力墻墻肢在試驗荷載作用下的最大拉壓應力為反力墻正反外墻的最大拉壓應力的一半，所以也可以按一般墻厚取值，取300mm至600mm即可。對于大型反力墻，這些數值可以相應增加，但不宜超過1200mm。

（3）加載孔徑大小和間距。加載孔徑大小與螺栓孔預埋件的直徑大小有關，由于孔洞對反力墻和試驗臺座的整體剛度有削弱作用，所以加載孔孔徑不宜過大，可選孔徑為50mm至100mm不等。加載孔間距與該實驗室規模大小及試驗需求有關，加載孔不宜布置得過密也不宜過稀，布置過密會增大施工難度，布置過稀會導致試驗構件定位不方便，如果加載孔徑偏小接近50mm，孔距可定為500mm，如果加載孔徑偏大接近100mm，孔距可以定為600mm。

（4）單孔最大承載力。單孔最大承載力的大小與反力墻、試驗臺座、試驗器材的型號以及試驗規模有關，可選擇的范圍有：150kN，250kN，300kN，500kN。試驗規模越大，單孔最大承載力也要相應得增加。

（5）反力墻頂點最大水平位移。由《高層建筑設計規范》可知，高度不大于150m的框架結構的最大層間位移為H/550，框架-剪力墻結構為H/800，剪力墻結構為H/1000。目前已有文獻中記錄的反力墻設計項目中使用的頂點最大水平位移限值有H/1000、H/1800、H/2000、H/3000，其中以選擇H/1000作為限值的居多。反力墻和剪力墻受力略為相似，所以可以考慮選擇H/1000或略小于H/1000為其限值。反力墻頂點最大水平位移的確定還要考慮該實驗室試驗的需求以及反力墻自身的規模大小，墻高增加，限制也要相應減少，較大的反力墻或者試驗要求較高的反力墻可以相應選擇更小的限值例如H/2000。

4 反力墻的荷載工況

反力墻的作用是給試驗構件提供反力，因此墻身主要受到沿水平方向的荷載，反力墻底部也因此成為了應力最大的部位。在對反力墻和試驗臺座進行設計時，需要考慮可能出現的最不利荷載工況。歸納總結現有文獻中的主要幾種最不利荷載工況如下。

（1）反力墻頂施加100kN/m的水平線荷載。反力墻對裂縫以及墻頂最大水平位移的控制要求非常高，因此建模時可在墻頂施加最大水平線荷載，用以控制裂縫和墻頂最大水平位移，荷載工況如圖1所示。

圖1 荷載工況

圖2 荷載工況

（2）考慮利用反力墻進行多層框架試驗。該荷載工況是考慮利用反力墻進行水平力作用下的四層框架結構試驗，反力墻的荷載工況如圖2所示，F1=1200kN，F2=1000kN，F3=500kN，F4=250kN，F5=F6=3500kN。施加的荷載大小是按每個加載孔最大承載力300kN進行取值的。

以上兩種荷載工況都是單個試驗單獨進行的情況。考慮到試驗室同時進行數個試驗的可能性，作者補充了一種可能出現的最不利荷載工況。

（3）考慮同時進行多層框架試驗和多層排架試驗。多層框架試驗受兩個方向的水平荷載作用。通過簡單分析可知，該框架試驗在L型反力墻相交處進行時對反力墻受力最不利。多層排架試驗受平行于排架方向的水平荷載作用，該試驗在反力墻最外邊緣進行時對反力墻受力最不利。荷載工況如圖3所示。

圖3 荷載工況

5 結語

反力墻屬于設計指標要求高的試驗用特種結構，但因其建設數量不多，因此目前對其設計參數的選取和設計方法國內外尚無現成的規范可供參考，各高校、科研單位的反力墻、臺座所用的設計參數差異較大，本文根據目前查閱到的文獻對反力墻和試驗臺座設計時需要用到的參數進行了粗略的歸納總結。為了使反力墻的設計更加規范化、

經濟化，其在設計過程中還有許多問題值得深入研究解決，例如：加載孔孔徑的最大及最小限值、反力墻墻肢預應力筋的配置方式、箱式反力墻墻肢開洞的大小限制、有粘結與無粘結預應力筋的比較選擇等。

[1]蔡可鍵,施雪紅.結構試驗臺座的選型與設計計算[J].寧波大學學報(理工版),2002,15(01):69-72.

[2]蔡可鍵,施雪紅.某大型結構試驗中心試驗臺座的設計[J].建筑技術開發,2002,29(06):9-11.

[3]王嫻明.建筑結構試驗[M].北京:清華大學出版社,1988.

[4]古巍.預應力反力墻的受力效應與施工控制的研究[D].西南科技大學,2009.

[5]樂風江,張德娟,徐彥卿.結構試驗反力墻及箱式臺座計算模型與技術指標[J].結構工程師,2011,27(增刊):245-248.

[6]蘇云鵬,蔣炳麗,陳宗明.某結構試驗室的反力墻結構設計[J].特種結構,2012,29(06):19-23.

[7]古巍,姚勇,朱勇彬.預應力反力墻的ANSYS有限元分析[J].四川建筑,2010,30(02):131-134.

[8]閻俊生.后張法預應力技術在反力墻試驗系統中的應用[J].長江大學學報(自然科學版),2009,6(02):320-322.

[9]杜權,朱夢杰,田先鋒等.反力墻中緩粘結預應力筋布置與施工[J]. 產品與技術,2013,6(02):33-34.

[10]楊斌,郭小燕,姚勇.某大型預應力反力墻的施工工藝分析[J].山西建筑,201,36(03):151-1.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.017

凌絲露（1989-）,女,江西宜春人,碩士,助教,主要研究方向：結構工程。