高轴压比双层钢板_高强混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究_马恺泽

土浇筑，钢板在钢结构工厂加工并组装完成后运至 实验室，实验室内先完成底座的钢筋绑扎，箍筋穿 过钢板的预留孔，实现对钢板的锚固。钢板采用 Q235B。混凝土采用商品混凝土，混凝土按 C60 配 置，试验时实测混凝土立方体抗压强度平均值为 61.3MPa。按照 GB/T228-2002《金属材料室温拉伸 试验方法》[13]要求，对部分钢材和拉杆加工成标准 试件，量测其屈服强度 fa，抗拉强度 fu。材料力学 性能指标如表 2 所示，其中 t 表示钢板厚度，fa、fu 分别表示钢板屈服强度和极限强度。
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究了双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能， 包括该 构件的受力机理及典型破坏形态；试件滞回曲线饱 满稳定，呈现出较好的延性和耗能能力。 上述研究大多数是针对双层钢板普通混凝土 剪力墙试验研究， 对高轴压下的双层钢板-高强混凝 土组合剪力墙研究较少，因此本文对该类剪力墙试 件进行拟静力加载试验，研究其破坏机理、滞回特 性、变形性能及耗能能力，并研究不同构造措施对 组合剪力墙抗震性能的影响。
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。双层钢板-混凝土组合
试验研
剪力墙是一种新型剪力墙形式，通过在剪力墙外侧 设置两块钢板，混凝土填充于两侧钢板之间，并用 栓钉将混凝土和钢板连接在一起来共同承受荷载。 混凝土和钢板彼此互相约束，从而提高内填混凝土 的变形能力，使得剪力墙在荷载作用下的延性及耗 能能力有大幅度的提高。如果横向再加上拉结措 施，钢板对混凝土的约束作用更强。这样就能使用 高强混凝土，进而减少墙体的厚度，节约空间。另 外，双层钢板组合墙的构造简单，外侧钢板可以兼 做模板使用，施工简便。 国内外学者对双层钢板混凝土组合剪力墙进 行了一些研究。 Emori[4]对中间设置横向和竖向加劲 肋的双层钢板-混凝土组合剪力墙进行了试验研究， 剪力墙的双层钢板之间被分隔成多个小格，钢板的 局部屈曲得到限制；试验结果表明，该类结构具有 较高的承载力和良好的延性。Simon 等 对双层钢 板混凝土组合剪力墙进行了试验研究，该组合墙是 通过高速摩擦焊将剪力连接件焊于两片钢板之间， 双层钢板可以作为混凝土浇筑的模板。试验结果表 明，双层钢板组合剪力墙受剪承载力较高，变形能 力良好；钢板局部屈曲会引起连接件附近钢板的撕 裂。 Tae-Sung Eom 等 对带约束拉杆的矩形和 T 形 截面的双层钢板混凝土组合剪力墙进行了往复加 载试验，其中包括 3 片单肢剪力墙和 2 片双肢剪力 墙。变化参数为墙体类型、截面形式、钢板厚度。 剪力墙最终破坏为底部钢板焊缝拉断、钢板局部屈 曲等。试件高宽比接近 4，以整体受弯为主。 李健等[7]以盐城广播电视塔实际工程中剪力墙 的构造形式为基础，通过缩尺试件，研究不同构造 形式的双层钢板内填混凝土组合剪力墙在常轴力 和反复水平荷载作用下的抗震性能和极限承载能 力，结果表明：双层钢板内填混凝土组合剪力墙能 够充分发挥钢板与混凝土材料各自的优点，是一种 良好的抗侧力构件。刘鸿亮[8]提出一种带约束拉杆 双层钢板内填混凝土组合剪力墙，通过试验研究了 不同约束拉杆间距和布置方式对抗震性能影响。纪 晓东等[9]提出一种适用于超高层建筑底部楼层的钢 管-双层钢板混凝土组合剪力墙，通过拟静力试验，
nt N / f c Ac f a Aa
(1)
式中：N 表示轴向压力试验值；fc 为混凝土轴心抗 压强度实测平均值；fa 为钢板屈服强度测试值；Ac 为剪力墙混凝土截面面积；Aa 为钢板截面面积。 剪力墙顶部设置混凝土加载梁，底部设置基础 地梁，墙身钢板以及内横隔板均采用焊接方式连 接。试件钢板埋入加载梁和底中，并预留孔洞使加 载梁和底座的箍筋穿过，埋入底座的端部槽钢翼缘 预留孔洞使底座纵筋穿过，以此保证试件与加载梁 和底座的锚固性能。
quasi-static test for four specimens was carried out. The shear-span ratio of all specimens was 2.5. The failure mechanism, hysteretic behavior, deformability and energy dissipation capacity under a cyclic lateral load were analyzed by changing the space of binding bars and stiffeners. The results showed that two failure models of the wall were the buckling of the steel tube and the crash of core concrete at the base of the specimens. All of the DSHSC structural walls had plump hysteretic curves and no significant pinch phenomenon. The displacement ductility coefficient varied from 3.11 to 4.37. The equivalent viscous damping ratio ranged from 0.158 to 0.291. Both ductility coefficient and equivalent viscous damping ratio can satisfy requirements of aseismic design. Under same axial compression ratio, the specimens with stiffeners show a better aseismic performance than the ones with binding bars. The deformability of the specimen was significantly improved when the space of stiffeners and binding bars decreased, and the specimens showed a good energy dissipation capacity. Key words: dual steel high strength concrete shear walls; quasi-static test; hysteretic behavior; deformability; energy dissipation capacity
工
程
力
学
219
钢板 -混凝土组合剪力墙相对于钢板剪力墙或 钢筋混凝土剪力墙，在承载力、刚度、延性等方面 均具有很多优势，因此，目前在高层及超高层建筑 结构中应用越来越广泛
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研究组合剪力墙的抗震性能。试验结果表明：矩形 钢管混凝土约束边缘构件显著影响试件的变形能 力和耗能能力；通过内置圆钢管后可提高试件承载 力但对其变形能力影响不大。 聂建国等[10
DSHCW-4
400
400
6 25 48@100
基础梁
150
6 25 1600 400
底板-150X1200X10
Fig.1
图 1 试件截面尺寸及配筋 Cross section and reinforcement details of specimens
1.2
试件制作 试件制作分为钢板加工组装、钢筋绑扎及混凝
1 试验概况
1.1 试件设计 综合考虑试验室设备加载能力及应用于超高 层建筑中构件的尺寸比例，设计了 4 个双层钢板高强混凝土组合剪力墙试件，变换试件的构造方式 及加劲肋(约束拉杆)间距，研究不同参数设置对试 件抗震性能的影响。试件参数详见表 1 及图 1。其 中，H 为剪力墙加载点至墙底的高度，hw 和 bw 分 别为截面的高度和厚度，λ 表示剪跨比。nt 表示试 验轴压比。 试件试验轴压比按下式进行计算：
表 1 试件参数 Table 1 Parameters of specimens
试件编号 DSHCW-1 DSHCW-2 DSHCW-3 DSHCW-4 H×hw×bw /mm 2000×800×100 2000×800×100 2000×800×100 2000×800×100 λ 2.5 2.5 2.5 2.5 N/kN 1200 1200 1200 1200 nt 0.30 0.30 0.28 0.27 构造方式 约束拉杆 约束拉杆 加劲肋 加劲肋
(Department of Architecture Engineering, Chang’an University, Xi’an, Shaanxi 710061, China)
Abstract:
In order to research the aseismic behavior of dual steel high strength concrete (DSHSC) shear walls, a
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收稿日期：2013-06-12；修改日期：2014-01-02 基金项目：中国博士后科研基金项目(2012M511958)；国家自然科学基金项目(51308052) 通讯作者：马恺泽(1981―)，男，内蒙古包头人，讲师，博士，从事组合结构研究(E-mail: topmkz@126.com). 作者简介：刘伯权(1956―)，男，甘肃定远人，教授，博士，从事结构倒塌研究(E-mail: bqliu@chd.edu.cn)； 鄢红良(1987―)，男，湖北黄冈人，硕士生，从事混合结构研究(E-mail: fornineday@163.com)； 张巧巧(1989―)，女，河南南阳人，硕士生，从事高层结构抗震研究(E-mail: 15091675973@126.com).
220
800
加载梁
工
程
200 4 25 50
力
学
8@150 200 100
200
200
200
200 t=3.8mm
DSHCW-1 100 100 1900 2600 134 133 133 133 133 134 t=3.8mm DSHCW-2 200 100 200 200 200 t=3.8mm DSHCW-3 134 133 133 133 133 134 500 100 t=3.8mm
摘
要：为研究高轴压比下双层钢板-高强混凝土组合剪力墙的抗震性能，对 4 个剪跨比为 2.5 的试件进行了拟静
力加载试验。通过改变约束拉杆和加劲肋的间距，研究其在往复水平荷载作用下的破坏机理、滞回性能、变形能 力以及耗能能力。试验结果表明，这种剪力墙的破坏形态为墙底部截面钢板被压曲、核心混凝土被压碎的弯曲型 破坏；试件的滞回曲线饱满，没有明显的捏缩现象；位移延性系数在 3.11~4.37，等效粘滞阻尼比在 0.158~0.291， 延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。在轴压比相同条件下，设置加劲肋试件的抗震性能优于设置约束 拉杆的试件，随着约束拉杆和加劲肋间距的减小，试件的变形能力增加，表现出较好的耗能能力。 关键词：双层钢板-高强混凝土组合剪力墙；拟静力试验；滞回性能；变形能力；耗能能力 中图分类号：TU398.1 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0536
第 31 卷第 5 期 2014 年 5 月
Vol.31 No.5 May 2014
Baidu Nhomakorabea
工
程
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ENGINEERING MECHANICS
文章编号：1000-4750(2014)05-0218-07
高轴压比双层钢板-高强混凝土组合剪力墙 抗震性能试验研究
马恺泽，刘伯权，鄢红良，张巧巧
(长安大学建筑工程学院，陕西，西安 710061)
EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON ASEISMIC BEHAVIOR OF DUAL STEEL HIGH STRENGTH CONCRETE SHEAR WALLS WITH HIGH AXIAL LOAD RATIO
MA Kai-ze , LIU Bo-quan , YAN Hong-liang , ZHANG Qiao-qiao