型钢混凝土剪力墙试验探讨与分析.pdf
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1、蔡云 帆等: 型钢混凝土剪力墙试验探讨与分析 5 9 型钢 混凝 土剪力墙试验探讨 与分析 蔡云帆, 刘祖华 ( 同济大学结构工程与防灾研究所 。 上海2 0 0 0 9 2 】 【 摘要】 对型钢混凝土剪力墙的形成与发展做了概括, 总结了型钢混凝土剪力墙试验研究的进展与成果 , 在此基础上, 通过对联肢剪力墙试验研究、 开洞低剪力墙试验、 整体剪力墙试验数据的比较 , 分析了剪力墙类型对 延性系数的影响和轴压比对结构延性的影响。 【 关键词】 型钢混凝土剪力墙; 延性系数; 轴压比 【 中图分类号】 T U 3 9 8 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4
2、 【 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 5 9一 o 4 DI S CUS S I ON AND ANALYS I S oN S RC S I I EAR W AS LLS EX PERn厦 E NT S CAI Yu n f a n,LI U Z u- h ua ( R e s e a r c h I n s t i t u t e o f S t r u c t u r a l E r I g i a n d D i s a s t e r R e d u c t i o n , T o n g i i U n i v , S h a n g h a i 2 O O O 9 2 , C
3、h i n a ) Ab s t r a c t : T h i s r e s e a r c h w o r k s u mma I i z e d t h e f o r ma t i o n and d e v e l o p me n t o f S RC s h e a r wa l l ,r e f e r r e d t o t h e d e v e l o p me n t a n d a c h i e v e me n t o f e x p e r i me n t s o n S RC s h e a r wa l l s B a s e d o n t h e d
4、 a t a c o m p a r i s o n a mo n g S RC c o u p l e s h e a r wa l l e x p e r i me n t ,S RC l o w s h e a r w a l l wi th o p e n i n g s e x p e r i me n t s a n d wh o l e s h e a r wa l l e x p e r i me n t s ,thi s p a p e r w o r k a n a l y z e d the a f f e c t o f s h e a r w a l l t y p
5、e a n d a x i a l c o mp r e s s i o n r a t i o t o t h e du c t i l i ty o f s t r u c t u r e Ke y wo r d s : S RC s h e a r wa l l ;d u c t i l i t y i n d e x;a x i a l c o mp r e s s i o n r a t i o 在现代高层建筑中, 钢 一混凝土组合结构得到越来越 广泛的应用。钢 一 混凝土组合结构主要应用形式包括钢管 混凝土结构和型钢混凝土结构。型钢混凝土( S R C) 结构是 型钢和混凝土构成的
6、组合结构。研究表明, 这种组合构件 不仅能很好地发挥各自材质的优点, 避免单一材料的弱点, 同时由于构件中型钢、 钢筋( 箍筋与纵筋) 、 混凝土三位一体 地工作, 材料元件之间具有相辅相成的作用, 这种作用的结 果是型钢混凝土组合构件的承载力超过了材料承载力的简 单叠加, 同时又具有良好的变形能力及延性。为此, 本文在 他人已有 S R C剪力墙试验研究成果的基础上, 通过对型钢 混凝土剪力墙的若干问题进行探讨, 从而为相关的工程实 践提供参考依据。 1 S R C剪力墙一般受力性能 S R C结构是型钢和钢筋混凝土的组合结构, 由于型钢 自身的强度和延性, 再加上二者成为一体共同工作 ,
7、而且型 钢包围的混凝土部分也受到约束 , 所以, S R C结构比通常的 钢筋混凝土结构的强度和延性要大得多。剪力墙也由于受 到沿周边配置的型钢的约束作用, 提高了墙的有效性和可 靠性。而且使型钢结构避免了纵向屈曲的弱点, 从而提高 了钢材的使用效率。 剪力墙的使用, 对 S R C结构和 R C结构是相同的。在框 架结构中, 通过配置剪力墙来提高结构的整体抗震性能。 建筑物对地震作用吸收的能量中剪力墙所占的比例较大, 通常 3 0 4 5 m的S R C结构, 由于加入了刚度大的剪力墙 , 从 而提高了建筑物的抗侧刚度及地震时的水平抗侧能力, 使 结构的整体就像一个刚性结构一样变形。这点与在
8、高层建 筑中利用结构相当大的变形能来抗震, 而把结构在整体上 设计为柔性的原则大不相同。 剪力墙的设置, 设计时注意确保简洁明快 的平面布置 与恰当的墙量。根据过去地震区建筑物震害情况的调查, 在抗震设计中规定了建筑物的平面上柱的最小数量和墙 率。为了防止 由于重心与刚心不重合引起的扭转振动破 坏, 在平面布置上应进行适 当考虑并进行必要的计算。为 了了解剪力墙的性能和承载能力, 应首先了解单片剪力墙 的基本性能。 弯曲 墼 缝 ,剪 图1 反复荷载下S R C 墙裂缝图 裂缝 图 1 所示单层 R C结构抗震墙承受水平力时的形态。 框架结构为 S R C结构裂缝的发展如右图。在框架的顶部施
9、加反复水平力 , 随着荷载的增加边框出现弯曲裂缝, 墙体出 现剪切裂缝。当力增大时, 裂缝的宽度扩大 , 最终在墙中部 剪切裂缝贯通 , 形成整体剪切破坏。超过最大承载能力后, 低温建筑技术 2 0 1 2年第 3期( 总第 1 6 5期 ) 墙体破坏, 承载能力下降。外围的框架结构, 配有型钢的受 弯抵抗力与 R C结构的情况不同, 其承载力不会急剧下降, 而是慢慢下降。 考察其恢复力特性可知, 初裂缝发生前保持弹性刚度, 其后 , 随着裂缝发展刚度降低, 达到最大承载力后, 出现负 刚度。此外, 当墙内设支撑时, 承载力变高, 变形能力达到 支撑压屈或连接缝破坏时, 承载力急剧下降。另外
10、, 边框为 S R C结构与 R C结构比较, 到最大承载力时的性能没有什么 大的不同, 在墙被破坏时, S R C结构有较好的延性, 而 R C结 构出现接近脆性破坏的特性。 关于抗震墙内设置型钢支撑的问题, 抗震墙除了产生 剪切裂缝外沿着支撑也发生裂缝, 最后产生支撑构件的屈 曲和连接部位的破坏, 以及导致其附近混凝土的破坏。支 撑对水平刚度, 在梁的弹性范围内几乎没有影响。并且, 在 最大承载力时, 由于支撑构件和墙的变形不一致 , 在没有发 挥支撑的轴 向承载力时, 就发生上述纵弯或接缝 的破坏。 因此, 在实际设计使用带支撑的抗震墙时, 应通过实验, 确 认变形能力与承载能力。 2型
11、钢混凝土剪力墙试验研 究综 述 9 0年代初清华大学就对 S R C剪力墙进行了试验研究。 乔彦明、 王志浩等进行过几批无边框矩形截面钢骨混凝土 剪力墙抗弯、 抗剪性能的试验研究。介绍了中、 高钢骨混凝 土剪力墙的破坏形态、 开裂荷载、 极限承载能力和塑性铰区 高度等 , 提出了相对位移限制及构造措施等设计建议。 1 9 9 8年西南交通大学黄雄军 , 赵世春等共进行了 5个 带边框低剪力墙的试验研究 , 主要 目的是考察劲性混凝土 边框低剪力墙的极 限承载力、 破坏形态、 延性及耗能能力。 得到的结论是: 劲性混凝土边框低剪力墙与钢筋混凝土边 框低剪力墙在达到极限承载力 以前以剪切变形为主且
12、破坏 呈脆性, 劲性混凝土边框较钢筋混凝土边框有良好的抗震 性能, 其耗能量可达到或超过此前的最大耗能量。 - 东南大学的王曙光、 蓝宗建等, 还进行了1 0榀劲性钢筋 混凝土开洞低剪力墙在低周反复荷载作用下的试验研究。 试件控制参数是洞口的大小以及劲性钢骨的布置。得出的 结论主要有: 在弹性阶段, 洞口尺寸相同的劲性钢筋混凝土 低剪力墙和普通钢筋混凝土低剪力墙在裂缝开展的特征上 相似。洞口尺寸相同的劲性钢筋混凝土低剪力墙与普通钢 筋混凝土低剪力墙相比较 , 前者在屈服荷载、 耗能能力、 延 性和抗剪承载力方面比后者有明显改善。 同济大学武敏刚、 吕西林进行了3片钢骨混凝土联肢剪 力墙的低周反
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