预应力装配混凝土复合墙板抗震性能试验研究.pdf
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1、第 3 8卷第 1期 2 0 1 6年 2月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l Ar c h i t e c t u r a l& En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g V 0 1 3 8 N o 1 Fe b2 016 d o i : 1 0 1 1 8 3 5 j i s s n 1 6 7 4 4 7 6 4 2 0 1 6 0 1 0 0 1 预应力装配混凝土复合墙板抗震性能试验研究 秦士 洪 , 何登伟 , 陈鹏 , 张瀑 ( 1 重庆大学 山地城镇建设 与新技 术教 育部重点
2、 实验室 , 重庆 , 4 0 0 0 4 5 ; 2 四川省 建筑科 学研 究院 , 成都 6 1 0 0 8 1 ) 摘 要 : 结 合砌 体 结构 的发展 现 状和 住 宅产 业 化 的发 展 趋 势 , 提 出一 种“ 预 应 力装 配混 凝 土复 合墙 板” , 以期望在 中小城镇低层建筑民用房屋 中发展一种新的结构形式来对砌体结构进行补充。为 了 考 察该 复合 墙板 的抗 震 性 能 , 对 2块 不 同预 应 力度 的 试件 进 行 了拟静 力试 验 。得 到 了相 应 试 件 的 抗震 性 能指 标 , 显 示该墙 板具 有较 好 的承 载 能力和 变形性 能 , 分 析认
3、为所提 出的墙板 可 以达到 8度 区低 层 民 用房屋 的应 用要 求 , 可 以作 为砌体 承 重墙 的 一种替 代 形式 , 并且 对 该墙 板 相 关构造 提 出 了 改进 建议 。 关键 词 : 预 制装 配 结构 ; 抗震 性 能 ; 拟静 力 试验 ; 混凝 土 复合墙 板 ; 住 宅产 业化 中图分 类号 : TU3 7 5 文 献标 志码 : A 文 章编 号 : 1 6 7 4 4 7 6 4 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 0 1 0 8 Ex p e r i me n t a l a na l y s i s o n s e i s m i c b e h a
4、v i o r o f pr e f a b r i c a t e d c o n c r e t e c o m p o s i t e wa l l s Qi n Sh i h o n g , He De n gwei , Ch e n Pe n g , Zh a n g P u ( 1 Ke y L a b o r a t o r y o f Ne w Te c h n o l o g y f o r Co n s t r u c t i o n o f Ci t i e s i n M o u n t a i n Ar e a , M i n i s t r y o f Ed u c
5、 a t i o n, Cho ng qi ng U n i v e r s i t y, Chon gq i n g, 40 00 45; 2 Si c hu a n I ns t i t ut e o f bui l di ng r e s e a r c h, c he ngd u, 61 00 81) Abs t r a c t :Ba s e d o n t h e pr e s e nt s i t u a t i o n o f ma s o nr y s t r uc t ur e a nd t he d e v e l o p m e n t o f ho us i ng i
6、 nd us t r i a l i z a t i o n,W e p r op os e d a n i nv o na t i ve u nbo nd e d p o s t t e ns i on e d p r e c a s t c o nc r e t e c ompo s i t e wa l l t o de ve l o p a ne w s t r u c t u r e f o r m i n t h e l o w r i s e c i v i l c o ns t r uc t i o n W e s t u d i e d t wo s p e c i me n
7、s wi t h v a r i o us l e ve l s of p r e - s t r e s s i ng we r e s t u d i e d e x pe r i m e n t a l l y by t he q ua s i s t a t i c t e s t s ys t e m t o i nv e s t i g a t e t he s e i s m i c be h a v i or of t he c o m p os i t e wa l l a nd o bt a i ne d t h e s e i s mi c be ha v i o r i
8、 n de x e s o f c o r r e s po nd i ng s p e c i m e ns Th e r e s ul t s s ho w t ha t t he wa l l s ha v e b e t t e r b e a r i n g c a pa c i t y a nd g o od du c t i l i t yThe y c oul d me e t t he a pp l i c a t i o n r e qu i r e me nt s of t he l o w- r i s e b ui l d i ng i n e i gh t i n
9、t e n s i t y a r e a a nd be u s e d a s a n a l t e r na t i ve o f m a s o nr y l o a d be a r i n g wa l l s t r uc t ur e W e a l s o pr e s e n t e d s o me s ug ge s t i o ns a bou t t he s t r u c t u r e f or ms o f t h e c o mpo s t i e wa l 1 Ke y wo r ds : pr e f a br i c a t e d s t r u
10、 c t u r e; s e i s m i c be ha vi or ; q u a s i s t a t i c t e s t ; c o nc r e t e c ompo s i t e wa l l ; hou s i n g i nd us t r i al i z a t i o n 收 稿 日期 : 2 0 1 5 0 7 2 8 基 金项 目: 中央高校基本科研业务费科研 专项 ( 1 0 6 1 1 2 0 1 4 C D J Z R2 0 0 0 0 5 ) 作者简介 : 秦 士洪( 1 9 5 4 一 ) , 男 , 教授 ,主要 从事预应力与砌体结构研究 ,(
11、 E - ma i l ) q i n s h i h o n g _ 1 2 6 c o m。 Re c e i v e d: 2 01 5 - 0 7 2 8 F o u n d a t i o n i t e m: Fu n d a me n t a l Re s e a r c h Fu n d s f o r t h e Ce n t r a 1 Un i v e r s i t i e s ( No 1 0 6 1 1 2 0 1 4 CDJ Z R2 0 0 0 0 5 ) Au t h o r b r i e f : Qi n S h i h o n g( 1 9 5 4 一
12、) ,p r o f e s s o r ,ma i n r e s e a r c h i n t e r e s t s :p r e s t r e s s e d s t r u c t u r e a n d ma s o n r y s t r u c t u r e ,( E ma i l ) qi n s hi h on g _ 1 2 6 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 7 巷 砌体材料 由于其地方性 、 经济性和可操作 性 , 使其具有广泛的应用范围, 不论在民用还是工业建 筑 中都有其适
13、 用之处。根据 2 0 1 1年左右 的统 计 , 砌体仍然 占有 7 O 以上 的建造 面积口 。砌体基本 上是手工方式砌筑 , 施工劳动量 大, 且 由于粘土砖 需 要 粘 土 制 造 , 占用 较 多 的 农 田, 故 国 务 院 提 出 “ 限粘禁实” 的政策 , 这使得 砌体 的发展受 到 了一 定 的影 响 。 另一 方 面 , 随着 中 国经 济社 会 发 展 的城 镇 化 和 工业化 的深入 , 作为国民经济支柱产业的建筑业迫 切需要产业现代化转型升级 。2 0 0 6年建设部颁布 了 国家住宅 产业化基地 实施大纲 , 2 0 1 3年 国务 院办公厅 出台了 绿色建 筑行
14、动方案 等文件 , 这 促 进 了 近年 来 国 内装 配 式 住 宅 的研 究 开 发 。本 文 结 合 这 种发 展 方 向提 出 了 一 种 “ 预 应 力 装 配 混 凝 土复 合 墙板 ” 。 预应力作为一种具有较好恢复性能的装配手段 在装配式剪力墙结构体系中较常用 , 通常 的连接方 式有 竖 向和水平 无粘结 预应 力筋 连 接 。 比如 美 日联 合项 目 P RE S S S l_ 2 。 提 出 的 一种 竖 向 通 过 后 张 无 粘 结预 应力装 配 式 剪力 墙 结 构 , 试 验研 究 显示 该 体 系 具有 较 好 的抗 震 性 能 和 自恢 复 性 能 。S m
15、i t h等 _ 4 蜘 对竖 向通 过无 粘结 预应力 筋装 配 的墙板 进行 了试 验 和数 值分 析 , 表 明该 连 接方 式 墙 板 具 有 较 的抗 震 性 能 , 并且 S mi t h等 对开洞剪力墙采用了同样 的装 配方式进行试验 , 取得了相似的成果。Ku r a ma等_ 7 通 过水 平无粘 结 预 应 力筋 将 墙 板 连 梁进 行 连接 , 进 行 了 1 1个 1 2缩 尺试件 的抗震 试 验 , 表 明破坏 主要 发生在墙体与连梁 的连接节 点的破坏, 墙体 自恢复 性能较好。孙巍巍等 8 结合中国现状进行 的相似 的连梁 和墙 肢试 验 及 数 值 分 析研
16、究 , 试 件 通 过 水 平 无粘结 预应 力 来 装 配 。表 明在 合 理 的设 计 下 , 可 以 使得 破坏 主要 发 生 在连 梁 与 墙 肢 的 连接 结 合 部 位 , 同时 , 墙 体具有 较好 的恢 复性 。 本文提出一种新型的水平无粘结预应力筋直接 对墙板 装配的剪力墙 , 并对 两片拼装 墙板 进行 抗震试 验研究 , 其主要 目的: 1 ) 研 究所 提 出 的拼装 墙板 的性 能指标 , 以验证所提出的拼装方式 的可靠性; 2 ) 观察 该墙板在水平和垂直双向荷载作用下的裂缝开展部 位 、 形 态发展规律 , 以及墙 体 的破坏机 制 ; 3 ) 考察该 墙 板的抗
17、震性能, 与类似高宽 比的砌块砌体墙对比, 评 估该墙板可否作为砌体承重墙的一种替代形式。 1 试件设计 制作及试验方法 1 1试件 设计 制作 1 1 1 试件 尺 寸 考 虑 到构 件 的标 准 化 生 产 和 预 制构 件加 工模板 情况 , 以及 试验 场地 的大小 等 因素 , 参考类似高宽 比砌块砌体墙的试验研究文献 , 确定 装 配墙板 单元 及装 配后试 件 的尺寸 如 图 1及 图 2所 示 , 图中单斜线图例表示加气混凝土, 点及三角图例 表 示普 通混凝 土 。 6 0 0 5 0 5 O 6 0 0 l 5 0 : 横肋 、 横肋 : : 横肋 二 : : : 构 造
18、柱 。 构 造 柱 , 。 。 横肋 。 。 横肋。 : 横肋 7 0 0 图 1 试 件立面图 Fi g 1The e l e v a t i on dr a wi n g o f s p e c i m e n 7 0 0 l_ 2 三 哇 畦 兰 J l 5 O 5 0 5 0 5 O 图 2试 件 剖 面 图 Fi g 2 The s e c t i o na l dr a wi ng o f s pe c i m e n 1 1 2 墙 板 单元 配筋 A 和 A 型墙 板构 造 柱 纵筋 为 4 韭1 2 , 箍筋 采用 6 1 5 0 , 横 肋 纵 筋采 用 4韭1 0 , 箍
19、 筋采用 6 1 4 0 ; B型 墙板横 肋纵 筋采 用 4 1 0 , 箍 筋 采用 6 1 5 O ; 所 有竖 肋 内均 设 置一 根 1 2纵 筋 ; 加气混凝 土在浇筑时作为模板 , 内部 不设置钢 筋。 墙 板单 元 的配筋剖 面 图如下 : 2 9 9 4 2 2 7 2 0 0 2 2 3 2 7 图 3 A A 型墙板配筋 图 F i g 3 T h e r e i n f o r c e me n t d r a w i n g o f A A w a l l 材料 强度 : 混凝 土 的实 测 立方 抗 压 强度 为 4 4 6 MP a , 试件 所采 用 的钢筋 实
20、测性 能如 表 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 秦 士 洪 , 等 : 预 应 力装 配 混凝 土复合 墙板 抗震 性 能试验 研 究 3 图 4 B型 墙 板 配筋 图 Fi g 4 Th e r e i n f o r c e me nt d r a wi ng o f B wa l l 1 1 3 墙板装 配 首先进行墙板 的拼装 , 在 A、 B 和 A 3块板 上下 横 肋 相 同位 置 预 留孔 道 , 然 后 上 下 横肋 中各穿 人 一 根 无 粘 接 钢 绞 线 ( 1 5 2) , 通 过 预 应力 对 墙 板 进 行 拼
21、 装 , 拼 装 张 拉 控 制 应 力 分 别 取 0 5 f p ( 试件 1号) 和 0 6 ( 试件 2号) ( 其 中 为钢 绞 线极 限 强度 标 准 值 1 8 6 0 MP a ) 。拼 装 缝 做 成企 口, 采用于接缝 。把拼装好 的整体墙板 与地梁 进 行 连 接 , A 和 A 型墙 板 的构 造 柱 底部 以及 地 梁 相 应 位 置 预埋 有 钢 板 , 采 用 焊 接 连 接 。为保 证 整 体 墙 板 的垂直度 , 先在底部用水泥 砂浆调平。 表 1 钢筋 强度 实测值 Ta bl e 1 The m e a s u r e d v a l ue o f s t
22、 e e l b a r s t r e ng t h 1 2测量 方案 测 量 内容包 括 变形 测量 和应 变 测量 。应 变测 量 主要测量关键点的水平和竖 向钢筋应变 , 竖 向钢筋 应变 片 主 要 设 置 在 构 造 柱 底 部 和 墙 板 相 邻 的 竖 肋 内 , 水平 钢筋 上 的应 变 片 则 沿 试 件 斜 对 角 布 置 。各 单 元 墙板 以及 整 体墙 板 的变 形 采 用 百 分 表 测 量 , 如 图 5所示 。 l , B1 0 Bl l B B5 V B l 广J 图 5变形测点布置 图 Fi g 5 Th e l a y o ut d r a wi ng
23、o f de f o r m a t i o n me as u r i ng p o i nt s 1 3加 载装 置和 加载 制度 采用 悬 臂 式 加 载 方 式 , 加 载 装 置 如 图 6所 示 。 首先进行竖向力加载 , 其后在水平力加载的过程 中 竖 向力保 持 不 变 , 其 值 为 6 8 0 k N, 其 设 计 轴 压 比 为 0 1 ( 按照 纯 混 凝 土计 算 ) 。试 验 全 程 采用 位 移 控 制 加载 。水 平力 加 载 开始 后 , 先 在试 件 的 开裂 荷 载 下 循环一次 , 然后 以 3 mm 为级差 , 每级循环两次 , 直 至试 件破 坏 。
24、水平 荷载 加载 制度 如 图 7所示 。 图 6 加载装置示意 图 Fi g 6 Th e s c he m a t i c dr a wi ng o f l o a di ng d e v i c e 图 7 水 平荷载加载制度图 Fi g 7 Th e l oa di n g s y s t e m o f h o r i z o nt a l l o a d 2 试 验结果及分析 2 1 破 坏 过程 和破 坏形 态 试件的开裂破坏特点 : 1 ) 混凝土板面侧 : 两个试 件都首先在 A和 A 型墙板构造柱边缘产生水平裂 缝 。然 后在 水平 位移 加载 至 6 mm 过程 中出现
25、较 大 的斜 裂 缝发 展 。其 后 基 本 只 有 斜 裂缝 发展 , 试 件 呈 现 明显 的剪 切破 坏 特 征 。加气 混凝 土板 面侧 : 在 位 移加 载 至 9 mm 前基 本没 有 明显 的破坏 , 9 mm 后 逐 渐 出现 较 明显 的斜 裂 缝 发 展 , 裂 缝 的 出 现及 发 展滞 后于混凝土板侧 ; 从整体墙板来看 , 裂缝在三个单元 间没 有 明显 的连 贯性 。2 ) 由于 1号试 件 的地 梁 预埋 9 6 3 3 6 9 丑 5 4 3 2 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u
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- 预应力 装配 混凝土 复合 抗震 性能 试验 研究
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