高性能混凝土剪力墻抗震試驗研究現(xiàn)狀

周 夢 杰

(北京建筑大學(xué)，北京 100044)

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高性能混凝土剪力墻抗震試驗研究現(xiàn)狀

周 夢 杰

(北京建筑大學(xué)，北京 100044)

從設(shè)置約束性構(gòu)件、鋼骨架加固、加入型鋼暗支撐等方面，介紹了改進(jìn)高性能混凝土剪力墻抗震性能的相關(guān)研究成果，并對再生混凝土剪力墻和裝配式剪力墻的發(fā)展前景進(jìn)行了展望，為類似問題的研究奠定了基礎(chǔ)。

高性能混凝土，剪力墻，再生混凝土，抗震性能

1 概述

采用高性能混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑是我國這些年來的發(fā)展重點。但是，由于應(yīng)用時間不長，大多數(shù)使用高性能混凝土剪力墻的建筑還沒有經(jīng)歷過嚴(yán)重地震災(zāi)害的考驗。因此,對高性能混凝土剪力墻的抗震性能還需要更進(jìn)一步的研究，對一些新型的剪力墻結(jié)構(gòu)形式也需要不斷地驗證。為了增強高性能混凝土剪力墻的各項抗震指標(biāo),可采用如下措施:在剪力墻截面兩端邊緣增加設(shè)置約束性構(gòu)件；采用鋼骨架加固剪力墻；在剪力墻中加入型鋼暗支撐。在此基礎(chǔ)上可以使用再生混凝土循環(huán)利用建筑廢料，也可以采用預(yù)制裝配工藝加快建設(shè)進(jìn)度。

2 高性能混凝土剪力墻抗震理論與試驗研究

2.1 帶約束邊緣構(gòu)件的高強混凝土剪力墻

劉旭[1]研究了軸壓比對鋼管鋼筋混凝土剪力墻抗震性能的影響。通過四個配置鋼管的低矮鋼筋混凝土剪力墻試驗得出以下結(jié)論:鋼管的加入可以大大增強高軸壓比下試件的穩(wěn)定性；隨鋼管數(shù)量的增加，試件的延性有了顯著的提高；鋼管的安放位置對墻體耗能性能的影響并不明顯；在混凝土剪力墻中配置鋼管對于建筑抗倒塌能力有很好的幫助作用，在大震下能夠很好的保證構(gòu)件的變形能力、承載能力、抗側(cè)剛度和耗能能力,是一種高性能的新型剪力墻。

丁永君、于敬海、李端等人[2]對帶雙連梁混凝土剪力墻試件進(jìn)行了抗震試驗。研究發(fā)現(xiàn):在配筋率相同的情況下，分縫雙連梁雙肢剪力墻相比小跨高比單連梁雙肢剪力墻的承載力和彈性階段剛度降低了約25%，而延性和耗能能力增加了約30%；雙連梁剪力墻結(jié)構(gòu)能有效減小連梁的內(nèi)力，提高了這種結(jié)構(gòu)的延性。從而解決了連梁截面受剪承載力不足而發(fā)生剪切破壞的問題。

2.2 鋼骨架高強混凝土剪力墻

武敏剛、呂西林[3]對鋼骨聯(lián)肢剪力墻進(jìn)行了試驗，深入研究了這種剪力墻的抗震性能。試驗表明：就破壞形態(tài)而言，鋼骨混凝土低剪力墻與普通混凝土低剪力墻沒有明顯差別。但是鋼骨混凝土低剪力墻的抗剪承載力顯著提高，墻體的變形能力也有所加強，墻體剛度的退化也相對緩慢；鋼骨在墻體出現(xiàn)裂縫后負(fù)擔(dān)了較大的荷載。這說明鋼骨混凝土低剪力墻的鋼骨與混凝土間發(fā)生了內(nèi)力重分配現(xiàn)象；鋼骨剪力墻承載力的試驗實測值與規(guī)范計算值基本吻合,說明利用現(xiàn)有規(guī)范能夠可靠地計算鋼骨剪力墻的承載力。

董宏英、于傳鵬、曹萬林等人[4]研究了鋼骨混凝土—鋼板深梁—混凝土條帶組合剪力墻抗震性能。研究表明:這種新型的組合剪力墻有著與整體剪力墻和帶豎縫剪力墻的相似之處，它的變形特性介于兩者之間;在受力過程中，鋼骨混凝土、鋼板深梁、混凝土條帶充分發(fā)揮了自身及相互的作用，有效地消耗了地震的能量；對剪力墻抗震性能有顯著影響的鋼板深梁的幾何參數(shù)；作為該結(jié)構(gòu)的核心，鋼骨混凝土—鋼板深梁實現(xiàn)了延性屈服，其位移角達(dá)1/50，損傷修復(fù)后仍具有良好的抗震性能。

2.3 采用型鋼暗支撐的高強混凝土剪力墻

曹萬林、張建偉、崔立長等人[5]研究了鋼筋混凝土帶暗支撐雙功能低矮剪力墻抗震性能，得到以下初步結(jié)論:相比普通的低矮剪力墻，通過增加邊框、暗支撐和開通縫等方式，能使低矮剪力墻的承載力增加18%、耗能增長70%、延性提高69%、后期剛度也有顯著提高。

劉磊[6]進(jìn)行了帶暗支撐型鋼的高強混凝土低矮剪力墻試驗。通過研究發(fā)現(xiàn)，剪切破壞通常會發(fā)生在剪跨比不大于1的型鋼高強混凝土低矮剪力墻中。合理的布置型鋼的位置再加上優(yōu)化構(gòu)造措施，可以提高型鋼高強混凝土低矮剪力墻的延性、變形能力以及耗能能力；相比于普通的型鋼高強混凝土低矮剪力墻，帶有暗支撐的型鋼高強混凝土低矮剪力墻在開裂荷載、極限荷載、極限位移、耗能能力和位移延性方面都有幅度不大的加強；因此，通過增加暗支撐的方式可以改善型鋼高強混凝土低矮剪力墻的抗震性能；試驗還發(fā)現(xiàn)型鋼暗支撐的抗震效果要好于鋼筋暗支撐。

2.4 采用再生混凝土的剪力墻

曹萬林、張建偉等人[7]通過試驗研究了再生混凝土低矮剪力墻的抗震能力。發(fā)現(xiàn)再生混凝土低矮剪力墻的延性性能、承載能力等抗震性能指標(biāo)隨著再生骨料取代率的增加而稍有下降。普通混凝土剪力墻的承載力、延性、耗能能力和剛度要略優(yōu)于再生混凝土低矮剪力墻。相比于普通混凝土低矮剪力墻，再生混凝土低矮剪力墻的承載能力沒有明顯降低，可以滿足抗震設(shè)計要求。

徐明、王韜、陳忠范[8]研究了高溫后再生混凝土單軸受壓應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，得到以下初步結(jié)論:在相同的試驗溫度下，隨著混凝土中再生骨料比例的不斷增多，再生混凝土材的峰值應(yīng)變會隨之增加，而其彈性模量則會隨之減小;峰值應(yīng)變和泊松比隨著溫度的升高，先增大而后又有所減小，并在溫度達(dá)到約400 ℃后增幅最大；單獨加入再生粗骨料或再生細(xì)骨料對混凝土試塊的力學(xué)特性的影響相對統(tǒng)一，同時加入再生粗骨料和再生細(xì)骨料時混凝土試塊的力學(xué)性能衰減較快。

2.5 預(yù)制混凝土雙板剪力墻

葉燕華、孫銳、汪恒等人[9]進(jìn)行了7片預(yù)制混凝土雙板剪力墻試件的抗震試驗。以現(xiàn)澆混凝土種類、邊緣構(gòu)件約束形式、軸壓比及保溫層作為試驗變化參數(shù)，重點研究其破壞形態(tài)、裂縫分布、耗能、延性及剛度。結(jié)果表明：現(xiàn)澆自密實混凝土與現(xiàn)澆普通混凝土雙板剪力墻破壞形態(tài)及裂縫分布相似，兩者抗震指標(biāo)接近，破壞時現(xiàn)澆自密實混凝土雙板剪力墻的剛度和柔性系數(shù)略大；現(xiàn)澆層和預(yù)制板結(jié)合緊密，可以很好的協(xié)同工作，整體性能良好。

肖全東，郭正興[10]對2個裝配式和1個現(xiàn)澆短肢剪力墻試件進(jìn)行了對比試驗。為提高結(jié)構(gòu)整體性和豎向鋼筋的搭接連接性能，剪力墻外邊緣的兩根豎向鋼筋使用平面桁架形式，豎向鋼筋采用U形鋼筋連接，同時在暗柱區(qū)加螺旋箍筋提供約束。結(jié)果表明，與現(xiàn)澆試件相比，裝配式試件具有相近的承載能力、位移延性及耗能能力，抗震性能無明顯差異。

3 結(jié)語

提高和改進(jìn)高性能混凝土剪力墻的抗震性能是亟待解決的問題。通過上文的介紹可以看出，在普通的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入一些設(shè)計合理的強化構(gòu)件可以有效的改善其抗震性能。研究表明：帶約束邊緣構(gòu)件的高強混凝土剪力墻、鋼骨架高強混凝土剪力墻、型鋼暗支撐高強混凝土剪力墻都能滿足我國抗震設(shè)計規(guī)范的要求，能夠有效地抵抗地震作用。其延性以及耗能能力比傳統(tǒng)剪力墻有明顯的提高，具有廣闊的應(yīng)用前景。對于再生混凝土的研究還處于起步階段，但它有節(jié)約資源、降低成本、循環(huán)使用的巨大優(yōu)勢。裝配式混凝土雙板剪力墻，設(shè)計簡單，工廠自動化生產(chǎn)程度高，相信會在未來的工程建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。

[1] 劉 旭.配置鋼管低矮RC剪力墻的抗震性能試驗研究[D].揚州：揚州大學(xué),2013.

[2] 丁永君，于敬海，李 端，等.高強鋼筋高強混凝土雙連梁剪力墻抗震性能試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2015(3)：56-63.

[3] 武敏剛，呂西林.鋼骨聯(lián)肢剪力墻抗震性能試驗研究[J].結(jié)構(gòu)工程師，2004(5)：52-56.

[4] 董宏英，于傳鵬，曹萬林，等.鋼骨混凝土—鋼板深梁—混凝土條帶組合剪力墻抗震性能試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2013(S1)：192-199.

[5] 曹萬林，張建偉，崔立長，等.鋼筋混凝土帶暗支撐雙功能低矮剪力墻抗震性能試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2003(1)：46-53.

[6] 劉 磊.高軸壓比帶暗支撐型鋼高強混凝土低矮剪力墻抗震性能的試驗研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2005.

[7] 曹萬林，劉 強，張建偉，等.再生混凝土低矮剪力墻抗震性能試驗研究[J].世界地震工程，2009(1)：1-5.

[8] 徐 明，王 韜，陳忠范.高溫后再生混凝土單軸受壓應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2015(2)：158-164.

[9] 葉燕華，孫 銳，汪 恒，等.現(xiàn)澆自密實混凝土的預(yù)制混凝土雙板剪力墻抗震性能試驗研究[A].2013年全國土木工程研究生學(xué)術(shù)會議論文集[C].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2014：606-611.

[10] 肖全東，郭正興.裝配式混凝土雙板短肢剪力墻抗震性能試驗研究[A].2013年全國土木工程研究生學(xué)術(shù)會議論文集[C].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2014:626-631.

Research status of seismic test of high-performance concrete shearing wall

Zhou Mengjie

(BeijingUniversityofBuilding,Beijing100044,China)

Starting from aspects of setting binding components,steel skeleton reinforcement and adding steel concealed bracing,the paper introduces relevant seismic performance research achievements of improved high-performance concrete shearing wall,and makes a prospect of the recycled concrete shearing wall and assembly-style shearing wall,which has laid a foundation for studying similar problems.

high-performance concrete,shearing wall,recycled concrete,seismic performance

1009-6825(2016)29-0037-02

2016-08-03

周夢杰(1989- )，男，在讀碩士

TU528

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