疊合板式混凝土剪力墻低周反復(fù)荷載試驗研究

疊合板式混凝土剪力墻低周反復(fù)荷載試驗研究

0作墻模板間的中空混凝土覆蓋板混凝土墻的厚度為50cm以下的預(yù)制鋼筋混凝土板作為樓層墻模型。將表面磚的內(nèi)部加固鋼筋作為格構(gòu)鋼筋，以確保墻模型的連接和間距。安裝完成后，混凝土將填充到安裝板之間的中間區(qū)域，預(yù)制部分和現(xiàn)有部分將形成一個整體的新結(jié)構(gòu)體。該種結(jié)構(gòu)體系在德國等國家已得到廣泛應(yīng)用,具有施工快捷方便、利于環(huán)保、工業(yè)化生產(chǎn)、構(gòu)件質(zhì)量易控制等優(yōu)點。在合肥國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地引進德國先進的混凝土墻板、樓板等預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝技術(shù)與生產(chǎn)線之后,為研究疊合板式混凝土剪力墻在水平荷載作用下的受力、破壞形式、變形性能,對疊合墻板經(jīng)現(xiàn)場兩種不同拼縫構(gòu)造連接濕接縫拼接后的疊合板式混凝土剪力墻進行了低周反復(fù)加載試驗,比較了兩種構(gòu)造措施下墻板的承載力、延性及耗能等抗震性能,得出適合我國國情的構(gòu)造措施做法。1試驗研究總結(jié)1.1疊合墻板剪力墻試件安裝本試驗共包含兩片剪力墻墻板試件,試件W-1為在剪力墻豎向拼縫處加暗柱,試件W-2為在剪力墻豎向拼縫處加水平連接鋼筋,試件尺寸均為2800mm(高)×2000mm(寬)×200mm(厚);考慮到疊合板式剪力墻板與基礎(chǔ)臺座的有效接觸,實際安裝墻板時將疊合墻板抬高30mm做翻漿處理,所以,試件W-1和試件W-2的實際尺寸均為2830mm(高)×2000mm(寬)×200mm(厚);試件具體尺寸及配筋如圖1~3所示。試件的預(yù)制墻板來自德國西韋德公司,強度為C40?，F(xiàn)場二次澆筑C30混凝土作為夾芯疊合層。拼縫處后加鋼筋采用國內(nèi)HPB235(暗柱箍筋)和HRB335級。疊合板剪力墻試件的制作加工過程模仿該類結(jié)構(gòu)在實際工程中的施工步驟,即首先澆筑試件基礎(chǔ)底座,底座中根據(jù)剪力墻的豎向受力鋼筋情況布置直徑12mm的插筋,高出基礎(chǔ)頂面600mm。待底座混凝土達到一定強度后,吊裝預(yù)制墻板。然后綁扎現(xiàn)澆部分鋼筋,支模,最后在預(yù)制墻板核心部分和墻板與基礎(chǔ)表面的空隙之間同時澆筑細石膨脹混凝土。試件頂部澆筑300mm×400mm的墻頂梁作加載用。1.2試驗?zāi)芰蛯W(xué)習(xí)能力本次試驗疊合板剪力墻試件所用的鋼筋及混凝土力學(xué)性能見表1和表2。1.3加載制度的建立試驗加載裝置如圖4所示,包括豎向力加載系統(tǒng)(反力梁、千斤頂及荷載分配梁)和水平力加載系統(tǒng)(電液伺服控制加載的往復(fù)作動器及拉桿)。試驗時,首先在墻頂施加豎向荷載,采用墻頂截面形心加載,軸向壓力按軸壓比0.1確定。正式加載前,先在墻體頂部施加大小為滿載的40%豎向壓力,重復(fù)加載2~3次,以消除試件內(nèi)部組織的不均勻性,然后軸向壓力加至滿載并在試驗中保持不變。水平加載的方式為單向反復(fù)加載,并采用荷載-位移混合控制的加載制度,具體加載制度如圖5所示。根據(jù)理論計算得到的破壞推力和開裂荷載確定加載步距為50kN,接近開裂荷載時歩距改為25kN。先單調(diào)逐級加載至開裂,每級循環(huán)一次,以后以25kN為級差加至構(gòu)件屈服,各級荷載循環(huán)一次;第二階段采用位移控制,分別按試件屈服時頂點位移的倍數(shù)逐級加載,每級循環(huán)三次,直至試件破壞或試件承載力下降至最大承載力的85%。并且在每級加載完成時,荷載保持一段時間,以便試件裂縫的觀察和數(shù)據(jù)的采集工作。2試驗結(jié)果及分析2.1墻板抗剪能力各試件裂縫如圖6~7所示。裂縫走勢及宏觀分布基本相同,左右水平裂縫發(fā)展成斜裂縫,并不斷向另一面穿行、相交,形成“X”形交叉裂縫;初始裂縫出現(xiàn)的位置基本相同,由于在基礎(chǔ)預(yù)留的錨固鋼筋伸入墻板600mm,在這段墻板高度以內(nèi)配筋率很高,所以,初始裂縫都不是出現(xiàn)在彎矩最大截面即板底截面(施工縫有微裂縫除外),而是在距板底600~750mm處;主裂縫位置基本相同,大約在板底以上500mm范圍之內(nèi);整個試驗過程中,試件的豎向拼縫始終未見滑移,說明抗剪能力很好;所有墻板破壞時,板底左右混凝土均被壓酥、剝落;從裂縫的出現(xiàn)、發(fā)展以及最終的裂縫圖可以看出,兩個試件的破壞形式均為彎剪型破壞,疊合墻板的豎向拼縫完好,具有較好的整體性。2.2滯回曲線的變化各試件荷載-位移滯回曲線如圖8~9所示。各試件滯回曲線較接近,在試件開裂前,荷載與位移基本呈線性關(guān)系,試件基本處于彈性工作階段;試件開裂后,滯回環(huán)開始呈曲線形,滯回曲線的斜率逐漸下降,滯回曲線呈較窄的梭形,試件的剛度有所降低但降低幅度不大,荷載則穩(wěn)定上升,滯回環(huán)包圍面積逐漸增加,表明試件進入非線性工作階段;待試件屈服后,即進入位移控制階段,此時滯回曲線的斜率明顯減小,表明試件剛度的退化較屈服前顯著,但荷載還有小幅上升,滯回環(huán)包圍面積迅速擴大,試件耗能增加明顯;每一個位移量級都循環(huán)了三次,對同一位移量級,后兩次循環(huán)的滯回曲線所包圍面積小于第一次循環(huán),表明試件耗能能力由于試件內(nèi)部損傷逐漸退化;試驗后期W-2墻板內(nèi)鋼筋發(fā)生明顯滑移,致使滯回曲線發(fā)展為Z形,W-1墻板鋼筋滑移較小。2.3試驗結(jié)果的比較盡管試驗的試件是對稱的,但由于剪力墻通常在很小位移角時就開裂,所以正、負兩向的荷載特征點有一定差異。為此,特將正、負兩向試驗結(jié)果求均值后列于表3進行分析。表3中的試驗數(shù)據(jù)表明,試件W-1較試件W-2開裂荷載基本相同、屈服荷載及峰值荷載均有所提高,兩個試件的延性系數(shù)均大于3,具有良好的延性性能。2.4能量化指標的確定結(jié)構(gòu)的耗能能力可通過結(jié)構(gòu)的荷載-位移滯回曲線在一次循環(huán)中的滯回環(huán)所包圍的面積來反映,即通過每次循環(huán)中滯回環(huán)所包圍面積的大小就可反映出結(jié)構(gòu)在本次循環(huán)中消耗了多少地震能量。一般情況下,滯回環(huán)所包圍面積越小,說明結(jié)構(gòu)的耗能能力越弱。目前比較常用的耗能性能能量化指標主要有兩個:等效粘滯阻尼系數(shù)和功比指數(shù)。功比指數(shù)Iw可按下式計算:Ιw=∑ΡiUiΡyUyIw=∑PiUiPyUy式中Py、Uy——屈服荷載、屈服位移;Pi、Ui——第i次循環(huán)卸載點的荷載和位移。經(jīng)計算,各試件的功比指數(shù)見表4。試件W-1較試件W-2耗能能力提高8.46%。2.5鋼筋用量及延性、能耗能力提高程度從試驗結(jié)果可以看出,無論是在疊合板式墻板豎向拼縫處采取暗柱連接還是水平筋連接方式,該種新型結(jié)構(gòu)均可以獲得較好的承載能力、延性及整體性。現(xiàn)就這兩種構(gòu)造措施中鋼筋用量及承載力、延性、耗能能力提高程度列于表5。由表5可以看出,疊合板式墻板豎向拼縫處暗柱連接(試件W-1)較水平筋連接(試件W-2)的承載力提高4.66%、延性提高10.97%、耗能能力提高8.46%,但暗柱連接部分的鋼筋用量較水平筋連接提高了較大的幅度,其中,?6鋼筋用量提高了550%??ˉ12鋼筋用量提高了44.83%。我國是一個發(fā)展中的大國,故從經(jīng)濟適用性方面考慮,W-2試件在疊合板式墻板豎向拼縫處采用水平筋連接的方式更符合我國現(xiàn)在的國情。3橫向拼接縫處混凝土剪力墻的施工1)豎向拼縫處采取暗柱或加水平筋連接