T形截面短肢剪力墻滯回性能試驗(yàn)研究

侯志成

（西安思源學(xué)院 城市建設(shè)學(xué)院，陜西 西安 710038）

T形截面短肢剪力墻滯回性能試驗(yàn)研究

侯志成

（西安思源學(xué)院 城市建設(shè)學(xué)院，陜西 西安 710038）

短肢剪力墻是我國(guó)興起的一種新型抗側(cè)力構(gòu)件，與普通剪力墻相比有結(jié)構(gòu)布置靈活、質(zhì)量輕、洞口布置容易等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)眾多工程實(shí)例證明，該種結(jié)構(gòu)形式具有重大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，很有發(fā)展前景。但是，短肢剪力墻存在著抗震性能不足弱點(diǎn)，本文提出局部設(shè)縫短肢剪力墻，以提高短肢剪力墻抗震性能。

T型截面；短肢剪力墻；局部設(shè)縫；滯回曲線

1.引言

傳統(tǒng)混凝土建筑結(jié)構(gòu)一般是框架結(jié)構(gòu)、異形框架柱結(jié)構(gòu)、框架--剪力墻結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)等。隨著人民生活水平的不斷提高，對(duì)房屋的使用功能、面積和房間組合等要求越來越高，尤其是建筑用地緊張又使得建筑必須向高層發(fā)展，但傳統(tǒng)露梁露柱以及對(duì)建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿足現(xiàn)代社會(huì)人們對(duì)住宅空間的更高要求；因此為了滿足建筑外觀、造型、采光、功能、場(chǎng)地和使用凈面積等方面的需要，提出了不露梁，不露柱，平面布置靈活等更高要求，于是在原有框架和剪力墻的基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展形成了能適應(yīng)人們新住宅觀念的高層住宅型式，即“短肢剪力墻”，這種剪力墻由于在很大程度上克服了普通框架與普通剪力墻的缺點(diǎn)，受到了建筑師的肯定，更得到了全國(guó)各地住戶與房屋開發(fā)商的歡迎。

1.2 短肢剪力墻存在問題

眾多學(xué)者對(duì)短肢剪力墻抗震性能的研究表明，T形截面短肢剪力墻當(dāng)翼緣位于受拉側(cè)時(shí)的延性明顯低于翼緣位于受壓側(cè)時(shí)的延性；翼緣位于受拉側(cè)時(shí)的破壞形態(tài)通常為小偏心受壓，屬于脆性破壞，而當(dāng)翼緣位于受壓側(cè)時(shí)的破壞形態(tài)通常為大偏心受壓，屬于延性破壞，為了避免小偏心受壓破壞，要求 T形截面短肢剪力墻軸壓比限值應(yīng)較低；另外，當(dāng)在 T形截面短肢剪力墻腹板方向加載時(shí)，其滯回曲線的兩側(cè)存在不對(duì)稱性,一頭大一頭小,翼緣受壓時(shí)滯回曲線比較飽滿,延性較好,翼緣受拉時(shí)滯回曲線狹窄尖細(xì),中部呈捏攏現(xiàn)象，延性很差；就總體而言，T形截面短肢剪力墻抗震性能較差。但在 T形截面短肢剪力墻翼緣方向加載時(shí)，由于腹板內(nèi)縱筋靠近中性軸，因此腹板縱筋對(duì)墻體延性、耗能影響較小，表現(xiàn)為滯回曲線在正負(fù)兩個(gè)方向上基本對(duì)稱，中部存在一些捏攏現(xiàn)象，但不是很明顯，延性較好。針對(duì)上述問題，經(jīng)過研究認(rèn)為，造成上述現(xiàn)象的原因是因?yàn)?T形截面短肢剪力墻翼緣縱筋與腹板縱筋不對(duì)稱，當(dāng)翼緣處于受拉側(cè)時(shí)，翼緣內(nèi)過多的縱筋將增大腹板混凝土受壓區(qū)高度，從而減小墻體截面的曲率延性，甚至造成墻體發(fā)生小偏心受壓破壞，因此將配置在翼緣內(nèi)的腹板縱筋與翼緣內(nèi)其他縱筋采用豎縫分離，使僅配置在翼緣內(nèi)的腹板縱筋參與截面腹板受力，而翼緣內(nèi)其他縱筋僅參與截面翼緣受力，從而減小腹板的混凝土受壓區(qū)高度，增大截面的曲率延性，提高墻體抗震性能，但應(yīng)注意的是，由于墻體塑性鉸區(qū)是影響墻體延性、耗能的主要區(qū)域，塑性鉸區(qū)以外的墻體基本保持彈性狀態(tài)，因此可將翼緣上豎縫僅設(shè)置在墻體塑性鉸區(qū)，以保證墻體剛度不至因翼緣設(shè)縫而降低很多。還有，地震作用下，建筑結(jié)構(gòu)或多或少會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，但短肢剪力墻抗扭能力較弱，因此短肢剪力墻層間扭轉(zhuǎn)角限值也應(yīng)進(jìn)一步研究。

1.2 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

首先，按預(yù)想試驗(yàn)荷載級(jí)數(shù)對(duì)油壓千斤頂標(biāo)定。試驗(yàn)中共用到 3個(gè)油壓千斤頂，型號(hào)均為60T，完成了對(duì)應(yīng)的油壓表示數(shù)與荷載的標(biāo)定。一臺(tái)千斤頂用于施加豎向荷載，另兩臺(tái)千斤頂用于水平加載時(shí)固定底座。

第二，試件預(yù)加載，目的是使加載作動(dòng)器中加力鋼板與試件連接緊密，同時(shí)給所有螺栓二次擰緊。

最后，安裝位移計(jì)。試驗(yàn)過程共用了5個(gè)電子位移計(jì)，量程都是20 cm。上部平臺(tái)和底座的兩邊均設(shè)一個(gè)，剪力墻試件中間設(shè)一個(gè)，上下平臺(tái)位移計(jì)的差值即為試件相對(duì)位移。5個(gè)位移計(jì)安裝到位移架上后，調(diào)整位置，確保水平。完全安裝好后，在試件上位移計(jì)的接觸位置粘貼玻璃片，以便位移計(jì)彈簧桿能正確反映位移讀數(shù)。試驗(yàn)開始前調(diào)整位移計(jì)指針在0刻度附近，并給位移計(jì)清零，詳情見。

1.3 裂縫發(fā)展

⑴ TW650—1（傳統(tǒng)無縫）加載

試驗(yàn)首先對(duì)TW650—1進(jìn)行加載，按預(yù)先設(shè)計(jì)加載方案對(duì)試件施加豎向荷載，荷載大小按軸壓比計(jì)算。試件破壞情況見圖1。

圖1 TW650—1試件破壞裂縫圖

圖2 TW650—2試件破壞裂縫圖

⑵ TW650—2（局部設(shè)縫）加載

給試件TW650—2構(gòu)件加載過程與TW650—1在加載初期情況相同。在“－”方向加載到時(shí)，在設(shè)縫位置明顯出現(xiàn)兩條裂縫，就是說這時(shí)裂縫完全分開并有一定裂縫寬度。以后裂縫發(fā)展情況與沒設(shè)縫試件一樣，但裂縫數(shù)目明顯增多，且要比前一個(gè)裂縫開始位置高大約200mm，也就是從試件中間部位開始出現(xiàn)裂縫。裂縫呈現(xiàn)明顯在縫的兩端對(duì)稱現(xiàn)象，見圖2。

1.4 設(shè)縫與不設(shè)縫T形截面短肢剪力墻試件滯回曲線分析

⑴ 兩組試件滯回曲線對(duì)比圖

設(shè)縫與不設(shè)縫T形截面短肢剪力墻滯回曲線對(duì)比，見圖3和圖4。⑵ 兩組試件骨架曲線對(duì)比圖

圖3 TW650滯回曲線對(duì)比圖

圖4 TW650骨架曲線對(duì)比圖

設(shè)縫與不設(shè)縫T形截面短肢剪力墻骨架曲線，見圖4。

從圖中滯回曲線可以明顯看出：

⑴．設(shè)縫T形剪力墻試件位移與滯回環(huán)面積均比未設(shè)縫大，表明設(shè)縫試件延性耗能均高于未設(shè)縫剪力墻。

⑵．未設(shè)縫試件的虛線下半軸中的滯回環(huán)面積明顯比上半軸小，這是因?yàn)樵凇埃狈较蚴芰r(shí)，翼緣處于受壓區(qū)，試件整體剛度較大，位移較小，而“+”方向受力時(shí)的腹板作為受壓區(qū)情況則明顯小于“－”方向的剛度，因此位移較大。設(shè)縫后剪力墻試件的滯回環(huán)正反向基本一致，表明設(shè)縫后兩方向抗震能力基本相同。

⑶．兩組試件承載能力差別不大，表明剪力墻在塑性鉸設(shè)縫后不會(huì)對(duì)承載能力有顯著影響。

⑷．設(shè)縫后滯回環(huán)比未設(shè)縫滯回環(huán)面積大得多，表明設(shè)縫后耗能加強(qiáng)，抗震能力提高。

[1] 華新鈺．短肢剪力墻軸壓比限值的研究[D]．南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006．

[2] 張敏. 建筑結(jié)構(gòu)抗震分析與減震控制[M]. 西南交通大學(xué)出版社，2007.12

[3] 彭飛，程文襄，陸和燕，等．短肢剪力墻的定義[J]．東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，37(2)：186—189．

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