低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究.docxVIP

低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究 0 外框架柱的一般设计参数 由石墙和管道组成的屋顶是高层建筑的主要抗侧力组件。随着建筑高度的增加和建筑功能需求的提高,对剪力墙性能的要求也随之提高。普通钢筋混凝土剪力墙变形能力较差,延性较低,直接影响高层建筑的抗震性能;巨大的竖向荷载需采用较厚剪力墙才能满足现有规范关于剪力墙轴压比的限值,过厚的墙体不仅增大结构自重,增加基础造价,还相应地要求增大外框架柱尺寸。 普通低剪跨比(λ≤1)钢筋混凝土剪力墙在水平地震作用下多发生脆性剪切破坏,延性较差。当混凝土墙体与外包钢板结合在一起形成双钢板-混凝土组合剪力墙时,其力学特性会发生显著变化,主要表现在:①混凝土和钢板互为约束,混凝土可防止钢板失稳,钢板可避免混凝土裂缝的暴露,从而提高使用性能和耐久性,提高剪力墙受剪承载力和延性,增强结构整体抗震性能;②在设计承载力一定时,双钢板可以减小剪力墙厚度,减轻结构自重,增加建筑使用空间;③双钢板在施工时可作为混凝土浇筑的模板,方便施工。 国外学者对双层钢板中间内填混凝土的组合剪力墙进行了试验研究,其构造形式为双层钢板之间设置密集的竖向或者横向加劲肋,试验结果表明该类剪力墙具有良好的延性,但其构造复杂、加工困难、造价偏高,目前仅用于核电站、海洋平台等恶劣环境下的结构。 影响双钢板-混凝土组合剪力墙受力性能的参数众多,本文以低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙作为研究对象,并与钢筋混凝土剪力墙抗震性能进行对比,分析不同连接件形式对双钢板-混凝土组合剪力墙受力性能的影响。 1 试验总结 1.1 试件结构及参数 试验设计了3个组合剪力墙试件,其中2个为双钢板-混凝土组合剪力墙,试件编号CSW-5、CSW-10;1个为钢筋混凝土剪力墙,试件编号SW-1。3个试件均在左右两端设置矩形钢管混凝土端柱,端柱截面尺寸为100 mm×120 mm;中间墙体部分截面尺寸(含钢板)为600 mm×90 mm。在试件底部和顶部分别设置钢筋混凝土基础梁和加载梁,基础梁截面尺寸为500 mm×650 mm,加载梁截面尺寸为250 mm×250 mm。组合剪力墙的矩形钢管和墙体钢板上下两端伸入基础梁和加载梁中,并加强其与混凝土界面的抗剪连接构造,保证锚固性能。组合剪力墙水平荷载加载点到基础梁顶面的距离均为800 mm,剪跨比λ=1,试件尺寸和构造如图1所示。 表1给出了3个剪力墙试件的主要设计参数。设计时综合考虑试验设备加载能力和端柱尺寸对墙体受力性能的影响,并在矩形钢管内设置1根HRB335级直径为22 mm的钢筋,以增加剪力墙受弯承载力。墙体厚度为90 mm(含钢板),水平和竖向分布钢筋均为双层6@200,配筋率0.314%,满足规范不小于0.25%的构造要求。墙体水平分布钢筋通过U形钢筋与矩形钢管混凝土端柱相连,U形钢筋一端焊接于矩形钢管管壁,一端与水平分布钢筋焊接,其位置与水平分布钢筋等高,竖向间距200 mm。考虑试验加载能力,试件CSW-5、CSW-10两侧钢板厚度均取3 mm,墙体截面含钢率6.67%。试件CSW-5采用6×40栓钉,栓钉布置如图1d所示,符合构造要求。试件CSW-10连接件采用直径14 mm的对拉螺栓,并在钢板相应位置开洞,洞口直径16 mm,如图1e所示。3个试件设计轴压比均为0.50,其中CSW-5采用栓钉连接件,CSW-10采用对拉螺栓,SW-1为普通钢筋混凝土剪力墙。 1.2 u形钢筋绑扎和浇筑 试件制作过程主要分为矩形钢管与墙体钢板加工与混凝土浇筑两个阶段。矩形钢管和墙体钢板在钢构厂加工完成后,运至实验室;在钢板内侧焊接栓钉,并在钢管埋入基础梁及加载梁混凝土部分的钢板上焊接栓钉、短钢筋以及端板等,以达到抗拔要求;将U形钢筋焊接在两矩形钢管对侧,并将水平分布钢筋焊接在U形钢筋两肢上,然后绑扎固定竖向分布钢筋;最后将2片钢板与2个矩形钢管焊接成型,完成矩形钢管和墙体钢板加工。绑扎基础梁钢筋笼,将矩形钢管和墙体钢板按指定位置安放并焊牢固定,如图2a所示。 试件混凝土部分进行依次浇筑,首先浇筑基础梁,养护10 d后,绑扎加载梁钢筋笼,再浇筑墙体和加载梁混凝土。基础梁采用C40商品混凝土,墙体和加载梁混凝土配合比在实验室内配置,强度等级分别为C35和C50。试件制作完成效果如图2b所示。 1.3 试块与试剂、钢筋 墙体混凝土设计强度等级为C35,在每个试件浇筑的同时,制作150 mm×150 mm×150 mm立方体试块,并与试件同条件养护。在试件加载时,实测混凝土立方体抗压强度fcu。钢板、钢筋依照GB/T 228—2002《金属材料 室温拉伸试验方法》的规定取样加工,量测其屈服强度fy、抗拉强度fu。材性试验结果见表2。 1.4 加载轴压及加载方式 试验加载装置如图3所示。基础梁竖向通过锚梁、