方钢管再生混凝土框架-再生空心砌块填充墙抗震性能试验研究.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月世 界 地 震 工 程 .收稿日期:修回日期:基金项目:重庆人文科技学院 年度校级科研项目()重庆人文科技学院 年度校级研究项目()中央高校基本科研业务费专项资金资助项目()西南大学实验技术研究项目()作者简介:余亚琳()女硕士主要从事组合结构等方面的研究:.通信作者:孟二从()男副教授博士主要从事绿色建筑结构等方面的研究:.文章编号:():./.方钢管再生混凝土框架再生空心砌块填充墙抗震性能试验研究余亚琳孟二从苏益声(.重庆人文科技学院 工商学院重庆 .西南大学 工程技术学院重庆.广西大学 土木建筑工程学院广西 南宁)摘 要:为研究方钢管再生混凝土框架再生空心砌块填充墙
2、的抗震性能以有无填充墙为变化参数进行了 榀框架试件的低周反复加载试验 结果表明:方钢管再生混凝土框架破坏过程为 梁破坏柱脚鼓曲增设填充墙后其破坏过程为填充墙破坏 梁破坏柱脚鼓曲 方钢管再生混凝土框架再生砌块填充墙试件滞回曲线呈饱满梭形其在受力过程中经历了弹性、弹塑性及破坏阶段 方钢管再生混凝土框架再生砌块填充墙试件可满足结构正常使用阶段的变形要求并具有良好的抗倒塌能力 相较于无填充墙试件有填充墙试件在正、负向的承载能力分别提升了.与.在正、负向的延性系数分别提升了.与.墙体存在可将框架初始刚度提升.倍但对其残余刚度影响不大 墙体破坏前其存在可提升框架耗能性能墙体破坏后其存在反而会抑制框架耗能性
3、能关键词:方钢管再生混凝土框架再生空心砌块填充墙抗震性能试验研究中图分类号:文献标识码:(.):().第 期余亚琳等:方钢管再生混凝土框架再生空心砌块填充墙抗震性能试验研究 .:引言方钢管再生混凝土结构是指将再生混凝土(简称“”)填充于方钢管之中利用方钢管对 的约束作用来弥补其性能缺陷与此同时核心 的存在又能限制方钢管局部屈曲发生进而产生 的效果 目前国内外已有很多学者对方钢管再生混凝土结构的力学性能进行了研究但大都集中于构件的层面从结构层面的研究则相对较少 总的研究表明:方钢管再生混凝土结构具有良好的力学性能 实际工程中钢管混凝土柱钢筋混凝土梁框架是多和高层建筑中常用的一种结构体系如泉州邮电
4、中心大厦和广州新中国大厦等建筑 而将此框架结构替换为钢管再生混凝土柱钢筋再生混凝土梁框架其性能如何还有待进一步研究再生空心砌块填充墙是指利用再生细骨料制作而成的空心砌块砌筑而成的绿色墙体将该绿色墙体填充于再生混凝土框架结构之中再生粗骨料用来制作 再生细骨料用来制作再生空心砌块可以有效解决建筑垃圾的问题具有明显的社会环境效益 目前国内外关于该领域的研究还相对较少薛建阳等对型钢再生混凝土框架再生空心砌块填充墙结构的抗震性能及抗侧刚度做了相关研究而关于方钢管再生混凝土框架再生空心砌块填充墙结构的研究则近乎空白在此背景之上本文进行了 榀方钢管再生混凝土框架再生空心砌块填充墙及 榀无填充墙方钢管再生混凝
5、土框架试件的低周反复加载试验观察其破坏过程及形态获取其相关抗震性能指标以此来对方钢管再生混凝土框架再生空心砌块填充墙这一新型绿色框架结构的抗震性能做相关探索性研究旨在为该类框架结构的进一步理论分析及推广应用提供参考试验概况.试件设计为初步探明方钢管再生混凝土框架再生空心砌块填充墙的抗震性能本文设计制作了 榀方钢管再生混凝土框架其编号分别设为 及 试件设计参数见表 参照矩形钢管混凝土结构技术规程()规定本文所用框架形式为方钢管 柱 梁框架形式 试件采用单层单跨模型 梁净距为 层高为 为保证柱脚固结柱脚伸入基础梁内 并与基础一起整体浇筑 试件详细设计尺寸如图 所示表 试件设计参数 试件编号取代率/
6、设计强度柱含钢率 套箍系数 有无填充墙.无.有 注:/式中:及 分别表示钢管及其内部 实测截面面积 及 分别表示钢管实测屈服强度及 轴心抗压强度钢管及梁内 为 粗骨料取代率的 其设计强度等级为 单位体积内所用材料配合比为水泥:砂:水:再生粗骨料其中:水泥为海螺牌.级普通快硬硅酸盐水泥砂为普通天然黄砂(中砂)拌合水为普通城市自来水粗骨料为粒径 的再生骨料 填充墙采用再生空心砌块砌筑而成根据混凝土小型空心砌块建筑技术规程(/)规定试验所用再生空心世 界 地 震 工 程第 卷砌块为单排双孔砌块其中主规格砌块尺寸为 辅助砌块尺寸为 砌块的设计强度等级为 单位体积中水泥(.级)、水、再生细骨料及天然粗骨
7、料的质量比为.图 试件尺寸图.试件横梁截面尺寸为 梁内配筋形式如图()钢管 柱所用钢管为 普通碳素钢管(直缝焊接)其截面形式如图()所示 框架节点参照矩形钢管混凝土结构技术规程()的规定采用开孔穿筋的连接方式与此同时为保证梁端荷载有效传到柱上及“强节点弱构件”的抗震设计要求在梁和柱交接处焊接尺寸为 的节点板节点部位构造如图()所示 填充墙与框架交接部位空隙采用柔性材料嵌填并用砂浆抹面 此外为保证墙体与框架的连接性能沿墙体高度方向每隔 设置 根直径 的 拉结钢筋图 试件梁、柱和节点图.材料性能分别按规范混凝土物理力学性能试验方法标准(/)、混凝土砌块和砖试验方法(/)及金属材料拉伸试验第 部分:
8、室温试验方法(/.)对试验所用材料进行材料性能试验实测材料力学性能见表 表 材料力学性能 及再生空心砌块试块类型抗压强度/钢材材料性能钢材类型/()/立方体.箍筋 棱柱体.纵向钢筋主空心砌块.节点板辅助空心砌块.钢管 注:、和 分别表示钢材实测的屈服强度、屈服应变、抗拉强度及弹性模量第 期余亚琳等:方钢管再生混凝土框架再生空心砌块填充墙抗震性能试验研究图 试件测点布置.注:反力墙)竖向反力钢柱)反力梁)作动器)油压千斤顶)滚轮)特制加载端板)压梁)图 试验加载模型.测量方案与加载模型为测量加载过程中试件内部的应力变化在框架梁、柱和节点等部位布设应变片或应变花试件测点布设及编号情况如图 所示试验
9、加载模型如图 所示 试件安装就位后首先按.的试验轴压比在柱顶施加竖向荷载并保持不变随后通过 伺服作动器施加水平往复荷载 参照建筑抗震试验规程(/)规定水平荷载采用荷载位移混合控制 即试件没有测点屈服前按荷载控制加载每级循环 次(加载级数为)当柱脚部位处、或 号测点出现屈服时记录此时试件的水平位移 随后采用该位移 作为加载级数进行位移控制加载 此次试验取 为 每级循环 次直至试件荷载下降至峰值荷载的左右时停止试验破坏过程与特征.破坏过程对于 而言在力控阶段当荷载加至 时左侧梁端上侧部位处出现第一条细微弯曲裂缝当荷载加至 时梁端裂缝开始贯通当荷载加至 时 梁上竖向弯曲裂缝基本出齐其间距在 之间局部
10、位置出现一些细微斜裂缝 在位控阶段当加载位移为时在梁端/跨处产生几条明显的斜裂缝当加载位移达到时新产生的斜裂缝与之前 梁上斜裂缝形成交叉“”形裂缝并由两端向跨中发展当加载位移达到时裂缝宽度显著变大 梁开始出现混凝土掉皮、脱落现象当加载位移达到时 梁保护层开始脱落当加载至时主斜裂缝区域保护层被掀起部分区域可见裸露的钢筋骨架用手触摸柱底有明显鼓曲手感此时正负向荷载均已下降到峰值荷载 以下试验结束世 界 地 震 工 程第 卷对于 而言在力控阶段当荷载加至 时再生砌块填充墙与钢管 柱交接处的砂浆开始出现第一条竖向裂缝随着荷载增加至 时 梁端出现第一条通缝当荷载加至 时填充墙部位出现“吱、吱”的挤压声部
11、分位置墙体出现局压破坏裂缝如图()所示当荷载进一步加载到 时 梁上弯曲裂缝基本出齐其间距在 之间试验前在墙体上布设的网格线发生明显错动实测试件部分位置应变已达屈服应变试件随后进入位控加载阶段 当加载位移为时填充墙底部位置处开始出现斜裂缝 梁上弯曲裂缝开始向斜裂缝转变加载位移为时由于反复循环荷载作用 梁上斜裂缝明显增多并且在梁端部位出现较为明显的交叉“”形裂缝如图()所示填充墙与框架柱之间出现较为明显的脱开现象当加载位移达到时梁上 出现剥落痕迹填充墙部分位置出现明显局压破坏痕迹当加载位移达到时柱底有明显鼓曲手感试件整体破坏程度已很严重如图()所示 此时正向荷载已降至峰值荷载 以下试验结束图 试件
12、破坏过程与形态.破坏特征分析由试件破坏过程可知:方钢管再生混凝土框架再生空心砌块填充墙的破坏具有如下特征:)相较于无填充试件由于再生砌块填充墙的存在使得方钢管再生混凝土框架再生空心砌块填充墙的破坏过程表现为再生砌块填充墙破坏 梁破坏柱脚鼓曲 再生砌块填充墙作为非结构构件在加载初期首先通过墙体自身间的摩擦损伤等进行耗能如图()所示起着第一道抗震防线的作用当再生砌块填充墙破坏后钢管再生混凝土框架在充当第二道抗震防线的作用通过 梁损伤、柱脚塑性铰发展等进行进一步的弹塑性耗能如图()图()所示 由此说明:方钢管再生混凝土框架再生砌块填充墙结构能够满足多道抗震防线的抗震设防要求图 试件不同部位典型破坏特
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