钢管高强混凝土剪力墙抗震性能试验研究_方小丹

1 试验概况
1． 1 试件设计 设计制作两批共 10 个钢管高强混凝土剪力墙试
件（ 试件 S1 ～ S6 和试件 S7 ～ S10） ，各试件截面尺寸相 同，墙高为 2 100 mm，截面尺寸为 900 mm × 150 mm，内 配置 102（ 89） × 4 无缝钢管，钢管外壁焊接 6@ 300 的抗剪环筋。试件底部和顶部分别设置钢筋混凝土 基础梁和加 载 梁，墙 内 钢 管 上 下 两 端 固 定 于 加 载 梁 和基础梁 中，与 剪 力 墙 浇 筑 成 整 体。 各 试 件 参 数 见 表 1，试件几何尺寸及配筋见图 1、2。
2． 44 2． 44 2． 44 2． 44 2． 44 2． 44 2． 44 2． 44 2． 44 2． 44
轴压比
nd
nt
0． 70 0． 70 0． 70 0． 70 0． 70 0． 50 0． 46 0． 64 0． 46 0． 46
0． 35 0． 35 0． 35 0． 35 0． 35 0． 25 0． 23 0． 32 0． 23 0． 22
第 1 批 6 个试件的钢管内 C80 混凝土、钢管外 C50 混凝土，实测立方体抗压强度分别为 82. 6、52． 5 MPa； 第
2
图 2 试件截面形式及配筋 Fig． 2 Cross section and reinforcement details of specimens
表 1 试件参数 Table 1 Parameters of specimens
基金项目： 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室项目（ 2013ZA02） 。 作者简介： 方小丹（ 1951— ） ，男，广东汕头人，教授级高级工程师。E-mail： f5101@ 126． com 收稿日期： 2014 年 12 月
1
0 引言
在超高层 建 筑 中，采 用 普 通 强 度 混 凝 土 存 在 如 下问题： 1） 由于混凝土强度较低，随建筑层数、高度 增加，剪力 墙 厚 度 较 大，导 致 结 构 质 量 增 加，质 量 大 导致地震反应 大，对 抗 震 不 利，同 时 还 使 建 筑 成 本 增 加； 2） 结构质量大，导致基础的费用增加； 3） 结构竖 向构件占用的面积大使得建筑有效使用面积减小。
2 批 4 个试件的钢管内 C80 混凝土、钢管外 C60、C80 混 凝土，实测立方体抗压强度分别为 79． 1、54． 7、75． 9 MPa。钢筋（ HPB300） 及钢管强度实测值见表 2。
图 1 试件几何尺寸及配筋 Fig． 1 Geometry and reinforcement details of specimens
Abstract： The shear wall with steel tube-confined high strength concrete is a new kind of composite shear wall where steel tube confined high strength concrete． To study its seismic performance，quasi-static tests were performed on ten shear wall specimens with steel tube-confined high strength concrete，whose shear span ratio was 2． 44． The bearing capacity，ductility，stiffness，degradation process，hysteresis property，energy dissipation，and the failure pattern of the specimens were analyzed． Experimental results show that the shear wall with steel tube confined high strength concrete has high initial stiffness，high bearing capacity，good ductility and good hysteretic performance． The hysteretic loops of specimens are full，revealing that the shear walls have considerable ductility and energy dissipation even under high axial compression ratio （ design axial compression ratio is 0. 7） ． By this，the brittle problem of using high strength concrete in shear wall can be effectively solved． Keywords： shear wall； steel tube-confined high strength concrete； shear-span ratio； quasi-static test； seismic behavior
轴压力 Nt / MN
2. 200 2. 390 2. 570 2. 510 2. 450 1. 840 1. 800 2. 500 1. 800 2. 200
钢管混凝土 含量比 η
0． 24 0． 33 0． 42 0． 38 0． 35 0． 42 0． 38 0． 38 0． 38 0． 32
and steel tubes
钢筋（ 钢管） 型号 6
屈服强度 fy / MPa 380
抗拉强度 fu / MPa 493
8
365
482
10
330
479
102 × 4
338
483
89 × 4
353
476
1． 2 试件轴压比
参照 JGJ 138—2001《型钢混凝土组合结构技术规
程》的相关规定，计算钢管高强混凝土剪力墙试件轴压
高强混凝土具有高强度、高耐久性、高流动性等诸 多优点，应用于超高层建筑中能有效减小墙、柱等竖向 构件的断面尺寸。但高强混凝土相比于普通混凝土其 受压破坏 的 脆 性 更 明 显，而 且 强 度 等 级 越 高，脆 性 越 大。JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》规 定抗震 设 计 时 剪 力 墙 的 混 凝 土 强 度 等 级 不 宜 高 于 C60。因此，克服高强混凝土的脆性缺陷，使其能更多 地应用于高层、超高层建筑中，具有重要的工程意义。
Experimental study on seismic behavior of shear walls with steel tube-confined high strength concrete
FANG Xiaodan1，2 ，WEI Hong1 ，LIU Qinghui1 （ 1． Architectural Design and Ｒesearch Institute of South China University of Technology，Guangzhou 510640，China； 2． State Key Laboratory of Subtropical Architecture Science，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）
试件 截面 钢管内（ 外） 混 编号 类型 凝土强度等级
S1 Ⅰ S2 Ⅱ S3 Ⅲ S4 Ⅳ S5 Ⅴ S6 Ⅲ S7 Ⅵ S8 Ⅵ S9 Ⅵ S10 Ⅵ
C80（ C50） C80（ C50） C80（ C50） C80（ C50） C80（ C50） C80（ C50） C80（ C60） C80（ C60） C80（ C60） C80（ C80）
比时考虑钢管对竖向承载力的有利作用，但不考虑钢
管的套箍效应。试验中对各试件施加的轴压力 Nt、试
验轴压比 nt 和设计轴压比 nd 见表 1，计算式为：
nt = Nt / （ fcot Aco + fcct Acc + fat Aa ）
（ 1）
钢管高强混凝土剪力墙抗震性能试验研究
方小丹1，2 ，韦 宏1 ，刘庆辉1 （ 1． 华南理工大学建筑设计研究院，广东广州 510640； 2． 华南理工大学 亚热带建筑科学国家重点实验室，广东广州 510640）
摘要： 钢管高强混凝土剪力墙是在钢筋混凝土剪力墙中嵌入钢管高强混凝土形成的一种组合剪力墙。为研究其抗震性能， 设计制作了两批共 10 个剪跨比为 2． 44 的钢管高强混凝土剪力墙试件并进行拟静力试验，对比分析各试件的承载力、延性、 刚度及其退化过程、破坏形态、滞回特性及耗能能力。试验结果表明： 钢管高强混凝土剪力墙试件初始刚度大、承载能力 高，破坏过程中承载力和刚度退化较慢、延性好，低周反复荷载作用下的滞回曲线饱满，具有良好的抗震性能； 即使在高轴 压比下（ 设计轴压比为 0． 7） ，试件仍具有良好的延性与耗能能力。钢管高强混凝土剪力墙能有效解决高强混凝土应用于剪 力墙中的脆性问题。 关键词： 剪力墙； 钢管高强混凝土； 剪跨比； 拟静力试验； 抗震性能 中图分类号： TU398. 703 文献标志码： A
水平分 布筋 10@ 50 10@ 50 10@ 50 10@ 50 10@ 50 10@ 50 10@ 50 10@ 50 10@ 70 10@ 70
墙体配筋 竖向分 布筋 8@ 50 8@ 50 8@ 50 8@ 50 8@ 50 8@ 50 10@ 120 10@ 120 10@ 120 10@ 120
建筑结构学报 Journal of Building Structures 文章编号： 1000-6869（ 2015） 09-0001-08
第 36 卷 第 9 期 2015 年 9 月 Vol. 36 No. 9 Sep． 2015
001
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱDOI： 10． 14006 / j． jzjgxb． 2015． 09． 001
注： 钢管混凝土含量比 η = （ fcc Acc + fa Aa ） / （ fco Aco + fa Aa + fcc Acc ） ，其中下标 co 表示钢管外混凝土，a 表示钢管，cc 表示管内混凝土。
表 2 钢筋及钢管强度实测值
Table 2 Mechanical properties of reinforcement bars
拉筋
端部约束区 纵筋 箍筋
剪跨 比λ
6@ 100 4 10
6@ 100 4 10
6@ 100 4 10
6@ 100 4 10
6@ 100 4 10
6@ 100 4 10
—
4 10
—
4 10
—
4 10
—
4 10
8@ 50 8@ 50 8@ 50 8@ 50 8@ 50 8@ 50 6@ 50 6@ 50 8@ 70 8@ 70
文献［1-2］中对钢管高强混凝土剪力墙的轴压及 压弯性能进 行 了 试 验 研 究，其 中 单 调 水 平 荷 载 作 用 的压弯试验结果表明，其变形能力良好。文献［3］中 对约束边缘构件内配置圆钢管混凝土的剪力墙（ 墙 体及边缘 构 件 钢 管 内 混 凝 土 设 计 强 度 等 级 分 别 为 C40 和 C50，实测的立方体抗压强度分别为 40． 1 ～ 49． 8 MPa 和 57． 5 MPa） 的抗震性能进行了拟静力试 验，研究了轴 压 比 和 约 束 边 缘 构 件 的 配 箍 率 对 其 抗 震性能的影响，并提出了设计建议。
为进一步研究钢管高强混凝土剪力墙的抗震性 能，作者设计制作了 10 个大剪跨比钢管高强混凝土 剪力墙试件，对其进行拟静力试验。基于试验结果， 分析混凝土强度等级、轴压比、体积配箍率等因素对 其破坏形态、滞回特性、变形能力、刚度退化及耗能能 力的影响，为钢管高强混凝土剪力墙的抗震设计提供 参考，以推动该类型剪力墙在实际工程中的应用。