不同边缘构件约束剪力墙抗震性能试验研究.doc
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1、不同边缘构件约束剪力墙抗震性能试验研究第22卷第1期2006年2月结构工程师StructuralEngineersVo1.22.No.1Feb.2【xJ6不同边缘构件约束剪力墙抗震性能试验研究龚治国吕西林姬守中(1.同济大学,上海200092;2.林同炎李国豪土建-12程咨询有限公司,上海200092)提要针对剪力墙结构在实际应用过程采用不同边缘构件约束方式的特点,对一组1/4缩尺比例的三种不同边缘构件(暗柱,明柱,翼缘)的剪力墙模型进行了低周反复水平荷栽作用试验研究.通过试验研究分析了不同形式边缘构件与墙体的共同工作性能,对比研究了不同边缘构件约束条件对中高剪力墙受力特点,破坏和耗能机理的影
2、响,并从承载力,延性,恢复力特性和耗能能力等方面来综合评价三种不同边缘构件约束条件下剪力墙的抗震性能.研究结果表明,随着边缘构件约束作用的加强,剪力墙的平面外稳定性增强,剪力墙承载能力有一定的提高,但延性系数和耗能能力则相应有所降低.关键词不同边缘构件约束,剪力墙,抗震性能,破坏机理,伪静力试验ExperimentalStudyonSeismicBehaviorofR.C.ShearWallswithDifferentBoundaryRestraintsGONGZhiguoLUXilinJIShouzhong(TonalUniversity,Shanghai200092)AbstractThe
3、useofshearwallswithdifferentboundaryrestraintsisquitepopularinpractice,thusagroupof1/4SCalemodelofshearwallswiththreedifferentkindsofboundaryrestraints(embeddedcolumn,column,flange)aretestedunderlowfrequencycyclicandreversedlateralloadsinthispaper.Theinteractingbehavioroftheboundarywiththeshearwalli
4、sstudied,alsothefailuremechanismandenergydissipationmechanismofmoderateandtallshearwallswithdifferentboundaryrestraintsarecompared.Moreovertheseismicbehaviorofshearwallswiththreekindsofboundaryrestraintsisevaluatedbythecomparisonofloadresistantcapacity,ductility,restoringforcecharacteristicsaswellas
5、energydissipationcapacity.Theexperimentalresultsshowthatthestabilityofoutwall-planeisbecomingintensifiedandtheloadresistantcapacityoftheshearwallisenhanced,buttheductilityandenergydissipationcapacityaredecreasingwiththeincreasingoftheboundaryrestrainteffect.Keywordsdifferentboundaryrestraints.shearw
6、all,seismicbehavior,failuremechanism,pseudostatictest1引言剪力墙结构是目前工业民用建筑中广泛使用的一种结构形式,众多学者对其抗震性能进行了大量的试验与模拟计算分析研究.在实际应用过程中,剪力墙两端往往会根据实际结构布置基金项目:国家自然科学基金项目(编号:50125801,50321803)情况采用边缘构件加强措施,以提高剪力墙的承载力,常见的形式有以下三种:增加钢筋布置形成暗柱,增加边缘构件截面形成明柱和增加为翼缘.随着边缘构件约束作用的加强,会不同程度地提高剪力墙构件的抗弯和抗剪承载力,导致剪力墙屈服破坏形式的转变.因此,笔者在同济大学
7、土木工程防灾国家重点实验室进行了一组采用不同-试验研究-?57?结构工程师第22卷第1期边缘构件约束形式的剪力墙模型低周反复加载试验,以深入研究剪力墙在不同边缘构件约束情况下受力性能,探求不同边缘构件约束形式对剪力墙抗震性能的影响.2剪力墙低周反复水平加载试验剪力墙结构,取定4层作为分析对象.模型比例为1/4,墙体试件数量定为三个,分别带暗柱,明柱和翼缘,每层设暗梁和楼板,墙片的配筋完全相同,仅是边缘构件截面和配筋率不同,具体尺寸和配筋见表1和图1.试件墙体各部位混凝土试块实测的力学性能2.1试件设计和制作指标的各项性能指标见表3.试验模型取自实际工程中常见的层高3m的裹1模型尺寸(mm)编号
8、墙体高度墙体宽度墙体厚度梁断面柱断面每边楼板备注SWl750x4lO006060l2O60x12O30xl8O暗柱SW27504lO0060.60xl2O120xl2O30xl8O明柱SW3750x4lO006060l2O60x42030x18O翼缘注:墙体宽度分别包括暗柱,明柱或翼缘在内.-i-I坚L.I8h8卜.量量8卜.8h.15o0:,堋O.i蓥塞6蛆2zu141100.j2赳1o0.50f.l.警I一一uuuuuuu1.tlO0一虽攀蔼表2混凝土力学性能(MPa)图1剪力墙模型尺寸和配筋示意图部位E第一层l7.7l5.41.67x104第二层13.8l2.81.62xl()4第三,四
9、层14.112.31.67x104表3钢筋力学性能E,b型号yu(MPa)(MPa)(MPa)I.875x10sO.oo242452.9OO.0o725oo.821.235lOO.oo365450.82O.O7092615.57血l22.06510O.0ol8O371.680.1672524.34StructuralEngineersVo1.22,No.1?58?ExperimentStudy2.2加载制度和测试内容竖向压力由墙体顶面两个对称放置的倒立的千斤顶施加.为使墙体截面压力均匀,在墙体顶端设置了一加载梁.千斤顶通过滑轮与反力架连接,以减少摩擦力,并使墙顶能在水平力方向自由移动.在施加竖
10、向压力时,保持严格对中,以防止墙体发生侧向偏心受压.水平荷载为墙顶单点加载,由Schenck机通过加载梁实施.为了防止墙体平面外失稳,在保持千斤顶严格对中的同时,在墙体二,四层中间部位的两侧分别用带滑轮的钢架夹住.试件安装如图2所示.图2模型安装囤为了保证试验时试件屈服所需的水平荷载在合理的范围内,SW1,SW2,SW3分别按轴压比0.25,0.2和0.1来确定轴向压力的大小,由底层混凝土强度来计算,得出的轴向压力分别为220kN,180kN和l15kN.试验时,先在墙体顶部施加压力.按照建筑抗震试验方法规程(JGJ一96)的要求,先在墙体顶部施加大小为满载的40%竖向压力,重复加载23次,以
11、消除试件内部组织不均匀性.然后轴向压力加至满载并在试验中保持不变.水平加载分两个阶段:第一阶段采用力控制,先单凋逐级加载至开裂,循环一次,以后各级荷载循环一次,直至屈服;第二阶段采用位移控制,分别按屈服时顶点位移的倍数逐级加载,每级循环三次,直至试件的承载力下降到极限承载力的85%为止.沿试件高度方向在各楼层处共布置5个位移计来测量水平位移,在底梁上表面墙两侧根部测量垂直位移;应变片则用于测量墙板对角线方向上混凝土应变和柱子外侧钢筋(两边各选一根)底部的应变.力则由力传感器测取.通过这些传感器主要是为了获取以下测试内容:(1)在整个加载过程中钢筋和混凝土的应力应变分布规律和变化;(2)剪力墙的
12、变形,裂缝出现及发展规律;(3)剪力墙的开裂荷载,屈服荷载,极限荷载及相应的变形,以及相应的骨架曲线;(4)模型结构的顶层侧移,剪切变形,各阶段的荷载及相应变形等.2.3试验破坏过程2.3.1SW1水平荷载P35kN时,P一骨架曲线上第一次出现明显的弯折,说明混凝土开裂,但这时现场观察并未发现裂缝.P-50kN时,首先在底部两侧(暗柱)出现可见水平弯曲裂缝;当P60kN时,第一层墙板中部出现约45.的斜裂缝.以后每增加一级荷载,原有裂缝进一步发展,同时在原有裂缝附近出现新的较细小的裂缝.当水平力达到约80kN之后,P一骨架曲线的斜率第二次发生较明显的改变,标志着试件屈服.墙顶在屈服点的水平位移
13、18ram.屈服后的加载改为位移控制.当位移加到一22ram时,在第三个循环中,墙体发生平面外失稳破坏,破坏发生在第二层下部五分之一层高处,试验停止.停止时底层破坏状态如图3所示.图3SWI底层最终破坏状惫除失稳破坏处外,没有混凝土压溃,但一层已有斜裂缝贯通,靠近对角线形成交叉裂缝.所有楼板上没有出现可见裂缝.将要出现可见裂缝时,试验过程伴随有混凝土的开裂响声.2.3.2SW2P35kN时,P一骨架曲线上第一次出现明显的弯折,说明混凝土开裂,但这时并未出现可见裂缝.40kNP50kN时,才开始出现可见裂缝.首先在底部两侧的柱脚出现水平走向弯曲裂缝;随后第一层墙板的中问部位出现与对角线大?试验研
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- 不同 边缘 构件 约束 剪力 抗震 性能 试验 研究
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