鋼筋混凝土剪力墻快速單調加載試驗研究

盧成龍

(貴陽市建筑設計院有限公司，貴州貴陽 550006)

0 引言

鋼筋混凝土剪力墻構件是結構重要抗側力構件，其在地震、強風等動力作用下的安全性能直接影響到整個結構的安全?；炷辆哂械湫偷膽兟拭舾行?，其強度、剛度等性能隨應變率的不同而變化。然而，在我國現(xiàn)行的抗震設計規(guī)范中并未考慮應變率對混凝土本構關系以及構件和結構的承載力、變形性能、耗能能力及破壞模式的影響。因此，考慮應變率影響的鋼筋混凝土剪力墻動力行為研究顯得尤為重要，國內外也進行了一些相關課題的研究［1-7］。本文進行了兩片鋼筋混凝土剪力墻構件的加載試驗研究，對比了在單調快速加載作用和靜載作用下鋼筋混凝土剪力墻構件的力學性能。

1 鋼筋混凝土剪力墻試驗構件

本文試驗研究中在實驗室共澆筑了兩片鋼筋混凝土剪力墻構件，構件編號分別為S1和S2，兩片墻的設計參數(shù)如表1所示，混凝土強度等級為C40。在試驗時，為了突出考慮加載速率因素的影響，所澆筑的兩片剪力墻構件除加載速率參數(shù)不同外，其余的結構設計參數(shù)均相同。鋼筋混凝土剪力墻構件如圖1所示。

表1 鋼筋混凝土剪力墻構件的設計參數(shù)

圖1 鋼筋混凝土剪力墻構件示意圖及實物圖

2 加載裝置及加載制度

本文試驗研究中采用的加載裝置如圖2所示。在試驗過程中，將試件固定后，采用液壓千斤頂施加軸向力。為了保證施加軸力后構件的側向位移不受約束，在液壓千斤頂上設置了滑車裝置。按圖3所設計的加載制度，通過Shenck作動器給構件施加側向位移。鋼筋混凝土剪力墻快速加載試驗屬于動力加載試驗，為了在試驗中能較好的控制加載過程，本文采用位移控制的加載制度，在每一工況下的加載速率保持恒定。試驗過程中，當水平荷載降低到峰值荷載的85%以下時，停止加載。試驗加載制度具體如圖4所示。

圖2 加載裝置示意圖及實物圖

3 試驗量測內容

試驗中主要測量了剪力墻頂部加載端的側向水平力、側向位移，剪力墻的軸向壓力，剪力墻的鋼筋應變和混凝土應變。剪力墻頂部加載端的側向水平力、側向位移由德國Shenck電液伺服系統(tǒng)采集，采集的數(shù)據(jù)可得出試驗構件的單調曲線。剪力墻的軸向壓力由靜態(tài)應變儀通過100 t壓力傳感器來測量。為了考察剪力墻構件破壞區(qū)的非線性發(fā)展過程，本試驗在剪力墻破壞區(qū)及其他位置布置了相應的鋼筋應變片和混凝土應變片，鋼筋與混凝土應變片布置如圖4所示。試驗中應變片數(shù)據(jù)由江蘇東華公司生產的DH5920動態(tài)應變儀采集。

根據(jù)試驗量測到的數(shù)據(jù)，可以得到剪力墻構件的單調曲線以及應變時程曲線等。利用得到的試驗數(shù)據(jù)，可進一步分析剪力墻在各種加載工況下的力學性能。

圖3 剪力墻構件的加載制度

圖4 剪力墻構件鋼筋與混凝土應變片布置

4 試驗結果

4.1 最終破壞形態(tài)

由采集得到的鋼筋與混凝土應變時程曲線的彈性階段可得出兩個剪力墻構件的應變率數(shù)量級分別為10-5/s(S1)和10-3/s (S2)，表明試驗的加載速率符合靜載和地震作用下的鋼筋混凝土構件的加載速率要求。本文試驗中，兩片鋼筋混凝土剪力墻的破壞形態(tài)呈剪彎型，都是由于受拉鋼筋首先屈服，而導致受壓區(qū)混凝土壓潰的破壞模式，試件最終的破壞形態(tài)如圖5所示。擬靜力加載試件最終破壞時在暗柱區(qū)的水平裂縫的條數(shù)比快速加載試件裂縫開展條數(shù)多，裂縫間距較密集。

圖5 試件最終破壞形態(tài)

4.2 荷載—位移曲線

試件的荷載—位移曲線如圖6所示?？焖偌虞d試驗構件的承載力比擬靜力加載試驗構件有所提高，在本文的加載速率范圍內，提高的幅度不是很大，極限位移略低。構件彈性剛度與強化剛度略微增大，單調曲線增大的趨勢則較為明顯，與此同時，構件的強化段相應變短?？焖偌虞d試驗構件的骨架曲線在構件承載力下降段比擬靜力加載試驗構件的略陡，延性降低。S1構件的極限承載力為196.6 kN，S2構件的極限承載力為214.5 kN。

圖6 鋼筋混凝土剪力墻試件的單調曲線

5 結語

在試驗室完成了兩片鋼筋混凝土剪力墻的加載試驗研究，分析了加載速率對構件承載力，變形以及破壞形態(tài)的影響，通過試驗研究得到以下結論:

1)按本文設計參數(shù)設計的兩片鋼筋混凝土剪力墻試件，其最終的破壞模式與加載速率無關，都呈剪彎型破壞模式;2)快速加載作用下剪力墻構件的承載力比擬靜載作用下高，但是快速加載作用下構件具有更為明顯的脆性;3)擬靜載時，剪力墻構件最終破壞時裂縫開展的條數(shù)比快速加載作用下多，裂縫間距較為密集。

［1］ Reinhardt HW.Testing and monitoring techniques for impact and impulse loading of concrete structures.In：Concrete Structures under Impact and Impulsive Loading.Berlin，1982.

［2］ A.Suzuki，J.Mizuno，I.Matsuo，et al.Effects of loading rate on reinforced concrete shear walls：Part 2 Dynamic properties of concrete.International conference on earthquake resistant engineering structures，Catania，Italie，2001.

［3］ J.Mizuno，I.Matsuo，A.Suzuki，et al.Effects of loading rate on reinforced concrete shear walls：Part 3 High speed loading tests of reinforced concrete shear walls and FE simulation analyses.International conference on earthquake resistant engineering structures，Catania，Italie，2001.

［4］ 蔣歡軍，呂西林.一種耗能剪力墻結構地震反應的簡化計算方法［J］.力學季刊，2002，23(1)：93-98.

［5］ 鄭萬仁，張 展，劉志偉，等.軸壓比對高性能混凝土剪力墻性能影響的試驗研究［J］.結構工程師，2003(sup)：459-463.

［6］ 張 展，周克榮.變高寬比高性能混凝土剪力墻抗震性能的試驗研究［J］.結構工程師，2004(2)：62-68.

［7］ 李宏男，李 兵.鋼筋混凝土剪力墻抗震恢復力模型及試驗研究［J］.建筑結構學報，2004，5(25)：35-42.