陶粒混凝土剪力墙延性和耗能能力试验研究.pdf

2 0 1 2 年 第 1 O期 (总 第 2 7 B 期 ) N u mb e r 1 0 i n 2 0 t 2 ( T o t a l No 2 7 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 1 0 0 1 3 陶粒混凝土剪力墙延性和耗能能力试验研究 戎贤1 , 2 J张健新 1 ,2 ，李艳艳 ( 1 河北工业大学 土木工程学院，天津 3 0 0 4 0 1 ；2 河 北省 土木工 程技术研究 中心 ，天津 3 0 0 4 0 1 ) 摘要： 降低结构自重， 采用陶粒混凝土替代普通混凝土， 通过对两组 4 片不同配筋形式的陶粒混凝土剪力墙进行低周往复加载试验， 分析 陶粒混凝土剪力墙试件 的破坏 过程 、 承载力 、 变形 、 延性 、 滞 回曲线及耗能能力等抗震 性能 指标 ， 研究 陶粒混凝土 剪力墙 内不 同分布 形式的钢筋对陶粒混凝土剪力墙试件抗震性能的影响。 研究结果表明： 与配置纵横向钢筋网的陶粒混凝土剪力墙试件相 比， 其配置斜向 钢筋网可以提高试件的承载能力和变形能力， 改善试件的延性性能和耗能能力， 以提高陶粒混凝土剪力墙的抗震性能。 关键 词 ： 剪力墙 ；陶粒混凝土 ；低周往复荷载 ；延性；耗能能力 中 图分类号 ： 1 1 J 5 2 8 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 1 0 0 0 4 5 0 3 E m n t - 1 r e s earc h on duc t i l it y a nd e ne r gy di s s i pa t i on o f h ay dJ t e c on cr e t e s he ar wal l RONG Xi a n1 ,2 ZHANG J i a n- x i n1 ,2上 JYa n- y n 1 S h o o t o f Ci l E n g i n e e ri n g ， H e b e i Un i v e r s it yo f T e c h n o l o g y ， T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 ， C h i n a ； 2 C i v i l E n g i n e e ri n g T e c l-mo l o g y R e s e a r c hCe n t e r o f He b e i P r o v inc e ， T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： I n o r d e r t o l i st e n t h e d e ad we i g h t ,o f c o n c r e t e s t r u c t u r e t h e r e p l a c e me n t o f c o n c r e t e w i ml i g h t- w e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e w a s a g o o d me a s t 11 e Two g r o u p s o ff o u r h a y d i t e c o n c r e t e s h e a r wa l l s wi t l l d i ffe r e n t d i s t r i b u t i o n s t y l e s o f s t e e l ba r s we r e t e s t e d u n d e r l o w c y c l i c l o a d i ng t o i n - v e s t i g a t et h e e ff e c t o f s t eel b ar d i s t r ib u t i o n s tyl eo n s e i s mi c b e h a v io r o f h a y d i t e c o n c r e t e s h e ar w a l l s T h e d a ma g e c h a r a c t e r i s t i c ， b e a r i n g c a p a c i ty， dis p l a c e me n t ， d u c t i l i ty h y s t ere t i c C u IW ea n d e n e r g y d i s s i p a t i o n c a p a c i tywe r e a n a l y z e d I t wa s sho w nt h a t t h e h a y d i t e c o n c r e t e s h e arwa l l wi t hd i a g o n a l dir e c t i o n s t e e l b a r s h a d h i g h e r b e a r i n g c a p a c i ty a n d d e f o r ma t i o n c a p a c i ty， mo r e e x c e l l e n t d u c t i l i t y a n d h i g h e r en e r g y d i s s i p a t i o n c a p a c i ty tha n t h a t o f l o n g i m d i n a l - l a t oa l d i rec t i o n s t e e l bars K e ywo r d s ： s h e a r wa H ； h a y d i t e o o n o r e t e ； l o wc y c l i c l o a d ； d u c t i l i ty ； e n e r g yd i s s i p a t i o n 0 引言 为降低结构自重， 减轻地震灾害， 合理利用工业废料， 以轻骨 g t lg 凝土替代普通混凝土是一种有效的措施。 轻骨料混凝土是用 轻粗骨料、 轻细骨料 、 水泥与水配制的表观密度小于 1 9 5 0 k g m 混凝土， 与普通混凝土相比， 质量可减轻 2 0 4 0 【 1 】 。 陶粒混凝 土是以陶粒作为粗骨料的轻骨料混凝土， 由于具有轻质高强、 抗 震及抗渗等优点， 在我国高层建筑及大跨结构中应用日益增多。 目前 ， 陶粒混凝土的试验及理论研究主要是陶粒混凝土力学性 能与耐久性能12 - 3 1 ， 如苏州科技大学、 武汉理工大学及广西大学 等科研单位进行了陶粒混凝土试件力学性能方面的研究 。 然 而对陶粒混凝土剪力墙试件的抗震性能的研究较少嗍 ， 因此研 究中进行陶粒混凝土剪力墙的低周往复荷载试验， 以研究陶粒 混凝土剪力墙的抗震性能。 1 试验概 况 试验共设计两组 4片陶粒混凝土剪力墙试件 ， 编号分别为 L A C1 、 L AC 2 、 L AC 3 和 L AC 4 。 剪力墙高为 1 9 0 0 mlT I ， 断面宽度为 1 0 0 0 mi l l ， 剪力墙两侧均设框柱， 其截面尺寸为2 5 0 mmx 2 5 0 m n 。 试件的截面形式如图 l 所示， 试件的配筋情况如表 1 所示。 试件 收稿 日期 ：2 0 t 2 - 0 4 1 5 基 金项 目：河北省 自然科学基金项 目( E 2 0 0 9 0 0 0 0 7 3 ) L AC 1 和 L AC 3配筋形式为纵横向钢筋网， 试件 L AC 2和 L AC 4 沿主斜裂缝的开展方向配置 4 5 。 倾角的斜钢筋网。 混凝土强度 等级为 e L 3 0的轻质陶粒混凝土 ， 边长为 1 0 0 i n l T l 的陶粒混凝土 立方体抗压强度实测平均值为 3 8 9 1V P a ， 其配合 比设计如表 2 所示。 L AC 1和 L A C 2受力钢筋选用 HR B 4 0 0级钢筋， L AC 3和 L AC 4受力钢筋选用 H RB 5 0 0级钢筋， 箍筋均采用 H P B 2 3 5 ， 钢 筋的力学性能指标如表 3 所示。 试验采用低周往复加载制度， 加载装置如图 2所示 ， 在顶 梁端部施加水平荷载， 在试件屈服前采用荷载控制加载， 屈服 后采用位移控制加载， 屈服前每级循环一次， 屈服后按屈服位 移的整数倍每级循环 3 次 ， 直到荷载下降到最大荷载的8 5 时 ， 认为试件破坏 。 2破 坏特 征 陶粒混凝土剪力墙试件的裂缝分布如图 3所示。 首先在构造柱底部有水平裂缝出现， 随着荷载不断增加 ， 斜 裂缝向受压区发展， 随后， 剪力墙板出现大量斜裂缝。 随着加载 的不断进行 ， 斜裂缝的宽度不断增大。 配筋形式为纵横向钢筋网 的剪力墙试件 L AC 1和 L AC 3 斜裂缝最大宽度达 0 4 5 mi l l ， 剪 力墙的边缘构件底部有混凝土压碎脱落现象， 纵向钢筋屈服， 试 45 2 2 2 5 0 2 5 0 、 ， 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 2 5 0 0 一 一 _ _ I l 1 00 l 7 0 0 i 7 0 0 1 I l l l l I l l l I J l I I 【I l I I l I I I I I I l l l L l 5 0 0 】 表 1 试件配筋情 况 田 一 1 O 0 f 7 0 0 7 0 0 l I I l I l l I I l I I l l I l l I l l l l I l l l l I l L 1 5 0 0 图 1 试 件截面形式( 单位 ： mm) 陶粒混凝土组成成分 每平方米 的含量 k g 配合 比 钢筋规格 mm 传力钢架 怕 及 传感器 力 钢 试 件 架 1 O O 反 一 8 0 0 1 1 一 F 盘 水平位移 汁 = 【 0 0 1 O O L 4 0 0 L 4 0 0l 1 6 0 图 2 试验装置( 单位 ： mm) 件破坏。 配筋形式为斜钢筋的剪力墙试件 L A C 2和 L AC 4斜裂 缝最大宽度达 0 3 5 n ， 边缘构件的纵向钢筋屈曲， 其底部混凝 土被压碎， 试件破坏。 与配置纵横向钢筋网的剪力墙试件相比， 剪力墙中配置斜向钢筋网能够延缓裂缝产生， 减小裂缝宽度， 从 而改善陶粒混凝土剪力墙的破坏形态。 46 图 3 L A G 2的裂缝分布 图 3 延性性 能分析 陶粒混凝土剪力墙试件的荷载、 位移及延性系数如表 4所 示。 陶粒混凝土剪力墙试件的屈服点为边缘构件最外侧纵筋屈 服时荷载一 位移曲线上对应的点， 剪力墙试件的极限点取荷载一 位移曲线上的最大位移点。 试件的延性系数为极限位移与屈服 位移的比值。 表 4 试件承载力、 位移及延性 从表 4中可以看出， 配置 HR B 4 0 0级斜向钢筋网的剪力墙 L AC 2比配纵横钢筋网的试件 L AC1 的开裂荷载平均值提高约 3 2 ， 配置 H R B S 0 0 级斜向钢筋网的剪力墙 L AC 4比配纵横钢筋 网的剪力墙试件 L AC 3的开裂荷载平均值提高约 5 2 ， 表明剪 力墙中配置斜向钢筋网能有效传递剪力以延缓裂缝产生。 配置 相同级别钢筋的斜向钢筋网的剪力墙的极限荷载平均值比配 纵横钢筋网的试件高约 2 5 k N。 试件 L AC 2的极限位移平均值 比试件 L AC 1的提高 9 2 5 m l n ， 试件 L A C 4的极限位移平均值 比 试件 L AC 3的提高 5 2 2 1T I n l ， 表明剪力墙中配置斜向钢筋网能够 增加试件的变形能力。 与试件 L AC1 相比， 配置 H RB 4 0 0级斜向 钢筋网的剪力墙 L AC 2的延性系数提高约 3 6 ； 与试件 L AC 3 相比， 配置 HR B5 0 0级斜向钢筋网的剪力墙 L AC 4的延性系数 提高约 2 3 5 。 表明配置相同级别钢筋的斜向钢筋网剪力墙较 配纵横向钢筋的剪力墙试件的延性性能好。 4 耗 能能力分析 试件的滞回曲线如图4所示 ， 滞回曲线所包围的滞 回环的 面积越大， 试件的耗能能力越强。 从滞回曲线中可以看出， 加载 后期， 配置纵横向钢筋的剪力墙试件滞回曲线呈反 s 形 。 配置 位移 mm 斜向钢筋的剪力墙试件呈梭形或弓形。 与配置纵横向钢筋网的 剪力墙试件的滞回曲线相比， 配置斜向钢筋的混凝土剪力墙的 滞回曲线更丰满， 曲线下降段较缓 ， 可见 ， 配置斜向钢筋的剪力 墙试件 L AC 2和 L AC 4的耗能能力分别 比配纵横向钢筋的剪 力墙试件 L A C1和L A C 3的好。 配置 HR B 4 0 0 级钢筋的剪力墙 滞回曲线比配置 H R B 5 0 0级钢筋的剪力墙滞回曲线更饱满 ， 其 耗能能力更好。 研究结果表明， 陶粒混凝土剪力墙试件的等效黏滞阻尼系数 越大， 试件的耗能能力越强。 试件 L AC1 、 L A C 2 、 L AC 3和 L AC 4 的等效黏滞阻尼系数分别为 O 2 3 8 、 0 2 8 3 、 O 2 1 0和 0 2 1 8 ， 由 此可知 ， 配置斜向钢筋网的剪力墙试件的等效黏滞阻尼系数大 于配置相同级别的纵横向钢筋网的剪力墙试件的等效黏滞阻 尼系数， 表明配置斜向钢筋网的陶粒混凝土剪力墙具有较好的 耗能能力。 图 4 荷载一 位移滞 回曲线 5结 论 通过对不同配筋形式的陶粒混凝土剪力墙试件进行低周 往复荷载试验， 得出以下结论： ( 1 ) 陶粒混凝土剪力墙中配置的斜向钢筋网能够有效传递 剪力 ， 延缓裂缝产生， 减小裂缝宽度， 改善陶粒混凝土剪力墙试 件 的破坏形态 。 ( 2 ) 与配置纵横向钢筋网的陶粒混凝土剪力墙试件相比， 配置斜向钢筋网提高了陶粒混凝土剪力墙试件的开裂荷载 ， 增 加了陶粒混凝土剪力墙试件的变形能力， 提高了陶粒混凝土剪 力墙试件的延性性能。 ( 3 ) 陶粒混凝土剪力墙中配置斜向钢筋网的试件的等效黏滞 阻尼系数大于配置纵横向钢筋网试件的等效黏滞阻尼系数， 配置 斜向钢筋网对提高陶粒混凝土剪力墙的耗能能力效果影响显著。 参 考文献 ： 【 1 】袁大伟， 杨萃娜 轻骨料混凝土的研究现状分析及定义探讨【 J 昆 凝 土 ， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 2 6 2 8 位移 ram ( d ) LAC4 【 2 】K A Y AL I O F l y a s h l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e s i n h i gh p e rf o r m a n c e c o n - c r e t e O C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Me fi Ms ， 2 0 0 8 。 2 2 ( 1 2 ) ： 2 3 9 3 - 2 3 9 9 3 】T h e E u rop e a n Un i o n B r i t e E u r a ml I I T e c h n i c a l and e c o n o m i c mi x t u r e o p t i mi z a t i o n o f h i g l l s t r e n g t h l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e E u mL i g h t - C o n E c o n o mi c D e s i g n a n d C o n s t r u c t i o n w i t h L i ght We i g h t A g g r e g a t e C o n c r e t e Z 】 Do c u m e n t B E 9 6 - 3 9 4 2 R 9 ， 2 0 0 0： 1 - 4 0 4 蔡华 高强轻骨料混凝土梁的弯曲试验研究 J 】 苏州科技学院学报， 2 0 0 4 ， 1 7 ( 4 ) ： 3 8 4 1 5 】刘沐宇 高强轻集料钢筋混凝土梁抗弯性能试验明华中科技大学学 报， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 1 0 ) ： 1 0 0 1 0 3 【 6 】 陆春阳陶粒混凝土单向板试验研究 J 广西大学学报 ， 2 0 0 4 ， 2 9 ( 3 ) ： 1 93 1 9 6 7 杜闯， 陈向上 ， 左治武 高强钢筋陶粒混凝土受弯梁非线性有限元分 析 J 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 9 ) ： 1 5 1 9 【 8 王艳晗 ， 王福明 轻骨料混凝土剪力墙抗震性能的理论研究叨 工业 建筑， 2 0 0 1 ， 3 1 ( 1 ) ： 2 0 2 2 作者简介： 戎贤( 1 9 6 5 一 ) ， 男， 教授， 博士， 主要研究方向： 结构抗震。 联系地址： 天津市北辰区河北工业大学北辰校区( 3 0 0 4 0 1 ) 联 系电话 ： 1 3 6 1 2 1 1 8 4 3 3 47