带缝空心保温钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究.pdf
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1、新 建魄粉 全 国 中 文 核 心 期 刊 带缝空心保温钢筋混凝土剪力墙 抗震性能试验研究 陈万 山 , 杨德健 ( 1 海军工程大学 后勤指挥 与工程 系, 天津3 0 0 4 5 0 ; 2 天津城市建设学院 土木 工程系 , 天滓3 0 0 3 8 4 ) 摘要: 通过对钢筋混凝土空心剪力墙进行拟静力试验, 对该结构在低周反复荷载作用下受力性能进行试验研究, 分析了该剪力 墙的破坏特征 、 承载力 、 变 形性能与耗能能力等 。结果表 明, 设 置竖缝 可以使剪力墙 由剪切 型破坏 转变为弯剪 型破 坏; 合理设 置竖 缝, 可以较大程度提 高剪力墙 的抗震能力 , 同时使结构具有较 好
2、的变形性能 。 关键 词: 带缝空心保温剪力墙; 破坏形态; 抗震性能; 骨架曲线 中图分类号 : T U 3 5 2 5 9 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 4 3 - 0 3 Ex p e me n t a l s t ud y o n s e i s m i c b e h a v i o r o f h o l l o w k e e p- wa r m i n g RCs h e a r wa l l s t r u c t u r e s wi t h s e a ms C H E N Wa n s h a n
3、 , Y A N G D e j i a n 。 ( 1 D e p t o f L o g i s t i c s C o mm a n d a n d E n g i n e e r i n g , N a v a l U n i v o f E n g i n e e r i n g , T i a n j i n 3 0 0 4 5 0 , C h i n a ; 2 D e p a r t m e n t o f C i v i l E n gin e e ri n g , T i a n j i n I n s t i t u t e o f U r b a n C o n s t
4、 r u c t i o n , T i a n j i n 3 0 0 3 8 4 , C h i n a ) 剪力墙约承担着建筑结构整体 8 0 的水平地震作用, 如 何提高和改善剪力墙的抗震性能已 成为工程界亟待解决的问 题口 】 。国内外大量学者研究总结带竖缝剪力墙可显著提高剪 力墙的抗震性能 。在此基础上, 针对剪力墙自重大、 地震作 用影响大、 保温性能差等缺点, 本文提出带缝空心保温钢筋混 凝土剪力墙。 即在剪力墙中设置竖缝, 并在剪力墙的内部填充 聚苯乙烯泡沫塑料, 使剪力墙内部形成一系列的竖向孔洞, 减 小剪力墙的自重, 内部填充的泡沫具有一定的保温功能, 可以 减小墙体热传
5、导, 具有一定的节能效果。 为了解该新型墙体的 抗震性能, 对3 个试件进行了低周反复加载试验研究, 研究结 果表明该结构具有较好的抗震性能。 l 试验概况 1 1 试件设计与制作 本次试验共设计3 个模型试件, 模型均按 l 2 缩尺。3 个 模型的外观尺寸相同, 剪力墙尺寸为 1 5 0 0 m m x 1 5 0 0 m m x l 0 0 收稿 日期 : 2 0 1 0 1 0 3 1 作者 简介: 陈万 山, 男 , 1 9 7 9年生 , 吉林东丰人 , 硕 士, 讲师 , 主 要从事 结构工程方面的教学与研究。电话: 1 3 7 5 2 2 1 2 2 04 , E ma i l
6、 : c w s h a n O 0 7 y a h o o e o m e n q 1 1 11 1 ; 托梁的尺寸为2 1 0 0 m in x 4 0 0 m in x 3 0 0 Il l 1 ; 加载梁尺寸为 1 9 0 0 m in x 2 0 0 m in x 2 0 0 m m。试件的内部均填充8 块尺寸为 8 0 m in x 4 0 m in x 1 5 0 0 m m的聚苯乙烯泡沫保温板。 试件的编号 为0 、 1 、 2 , 编号的含义为: 0 代表墙体没有开竖缝; 1 代表墙体 中部开设 1 条长9 0 0 m m竖缝; 2 代表将墙体 1中部的9 0 0 i n m
7、竖缝,在中部断开成为2 条4 5 0 m m的裂缝, 2 条竖缝端 部的问距为 4 0 i n m( 见图1 ) 。 竖缝的宽度均为2 0 m m , 内部填 充氯丁橡胶, 水平钢筋穿过竖缝不剪断。 3 个试件内部的配筋 情况相同, 各试件的尺寸及配筋情况见表1 , 模板与钢筋布置 见图 1 。配筋及:陶 造要求参照J G J 3 2 0 0 2 高层建筑混凝土 结构技术规程 与G B 5 0 0 1 0 - - 2 0 0 2 混凝土结构设计规范 。 本文设计3 个试件的目的是测试在相同的混凝土强度和配筋 情况下, 不同形式的竖缝对空心剪力墙抗震性能的影响。 试件 采用细石混凝土浇筑, 制作
8、6 个标准试块, 标准养护2 8 d 后, 实测混凝土轴 b 抗压强度平均值为l 5 0 M P a 。 表 1 剪力墙尺寸及配筋情况 N E W BUI L DI NG MAT E RI AI_ 5 43 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 陈万山, 等: 带缝 空心保温钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究 2 0墙模板图 剪力墙剖面 图 图 1 2号试件的模型 与配筋不惹 1 2 试验加载方案 竖向荷载( P = 3 0 0 k N ) 在施加水平荷载之前一次性施加完 毕, 并在试验过程中保持不变。 采用荷载一 位移双控制的方式 施加水平荷载【8 1 , 即在弹性阶
9、段采用荷载控制, 弹塑性阶段采 用位移控制的加载方式。本次试验测试主要内容有: 应用联 机数据采集系统采集与水平荷载相应高度处剪力墙的水平荷 载值及相对位移值; 应用应变采集系统采集钢筋的应变值; 应 用钢弦与综合测试系统, 测试剪力墙表面混凝土的应变值; 肉 眼观测裂缝在整个试验过程中的发展情况并即时在试件上描 绘裂缝。试验加载装置简图见图2 。 图 2 试验加载装置示意 2 试验结果分析 2 1 实测承载力结果及分析 实测各剪力墙的开裂荷载、 明显屈服荷载与极限荷载及 其相对比值见表2 。表2 中, 表示试件的开裂荷载, 指试件 首次加载开裂时的荷载; 只表示试件的明显屈服荷载,取推 拉2
10、 个方向的平均值; |p :, 表示试件的极限水平荷载,即加载 过程采集到水平荷载极大值, 取推拉两个方向的平均值。 为开裂荷载与屈服荷载的I: L 值; 为开裂荷载与极限荷载的 比值; 为屈服荷载与极限荷载比值,这里将其称为屈强 比。 4 4 新型建筑材料 2 0 1 1 5 表 2 剪力墙试件承 载力实测值 由表 2 可以 看出: ( 1 ) 整体空心剪力墙的开裂荷载明显大于开竖缝空 D 剪 力墙。 ( 2 ) 开竖缝空 D 剪力墙的屈服荷载、 极限荷载均小于整体 空 D 剪力墙。 竖缝总长度相同的情况下, 开 1 条长竖缝与开2 条短缝剪力墙的屈服荷载、 极限荷载相近。 ( 3 ) 1
11、号试件的 明显小于其它2 个试件, 表明该构件 从开裂到屈服有较长的工作区问段,有利于对小型地震的抵 抗, 达到“ 小震不坏” 的效果。 ( 4 ) 2 号试件的 小于其它 2 个试件, 表明该构件从明 显屈服到极限荷载有较长的发展过程, 有利于构件达到“ 大震 不倒” 的效果。 2 2 刚度退化规律分析 为了解结构在反复水平荷载作用下的刚度变化特性, 取 正负2 个方向荷载绝对值之和与位移绝对值之和的比值作为 结构在不同阶段的平均刚度9 1 , 用 表示, 即 一1 一 I “ 一l 一 l 式中: 、 厂一分别为第i 次加载所达最大荷载及相应位移。 各试件的刚度退化曲线见图3 。 位 移
12、ra m 图 3 刚度退化曲线 从图3 可以看出: ( 1 ) 从开始加载到构件开裂前, 此时构件处于弹性与弹塑 性阶段, 割线刚度下降得较快。 从试件初裂到出现明显屈服特 征时, 刚度退化缓慢。 从试件出现明显的屈服特征直到极限荷 载, 刚度退化比较稳定。 ( 2 ) 加载初期0 号试件的刚度最大, 1 号试件刚度最 J N 2 号试件刚度与0号试件接近。表明设置竖缝降低了剪力墙的 初始刚度。 ( 3 ) 加载过程中0号试件的刚度退化最快, 2 号试件刚度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 陈万山, 等: 带缝空心保温钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究 退化较缓慢
13、, 1 号试件退化最缓慢。 表明设置竖缝可以减缓剪 力墙的刚度退化速度。 2 3 滞回特性研究 试验表明,开竖缝空心剪力墙的滞回曲线明显比整体空 心剪力墙的饱满, 中部捏拢较轻, 延性较好, 抗震性能较好。 2 4 骨架 曲线 比较分析 根据试件滞回曲线的特点, 骨架曲线采用“ 三折线型” 恢 复力骨架曲线的替代模型( 见图4 ) 。 位移 m m 图 4 试件 的恢复 力骨架 曲线 从图4 可以看出: ( 1 ) 0号试件的开裂荷载均比 1 号试件和2 号试件的开 裂荷载高, 说明竖缝的开设降低了剪力墙的初始刚度。 ( 2 ) 对于开设竖缝总长度相同的2 个构件, 两者的 极限 承载 力相近
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