高層建筑剪力墻鋼組合桁架連梁抗震性能的試驗(yàn)研究

申志靈李凱峰

（1安陽工學(xué)院 河南安陽 2安陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南安陽）

高層建筑剪力墻鋼組合桁架連梁抗震性能的試驗(yàn)研究

申志靈1李凱峰2

（1安陽工學(xué)院 河南安陽 2安陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南安陽）

本文主要就高層建筑剪力墻鋼組合桁架連梁的抗震性能，展開了相關(guān)的分析與探討，首先概述了剪力墻結(jié)構(gòu)具體特點(diǎn)，而后針對(duì)本次試驗(yàn)情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概況闡述，其中主要包含了試件的設(shè)計(jì)與制作，以及試驗(yàn)測(cè)量?jī)?nèi)容兩部分內(nèi)容，進(jìn)而通過對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果的深入研究，具體分析了構(gòu)件的延性以及耗能狀況。最終希望借助于本文的分析研究，能夠引起更為廣泛的思考與交流，以期給予相關(guān)的高層建筑施工，提供一些必要的參考內(nèi)容。

高層建筑；剪力墻；組合桁架；連梁；抗震性能

在剪力墻的抗震結(jié)構(gòu)之中，連梁是首要的抗震防線，連梁不但在剪力墻抗震結(jié)構(gòu)之中承受了豎向的載負(fù)荷壓力，而且還承受了極大一部分的水平載負(fù)荷壓力。在風(fēng)力載負(fù)荷壓力與水平地震的共同作用影響下，墻肢便會(huì)出現(xiàn)彎曲形變的情況，同時(shí)促使連梁的端部發(fā)生彎矩、軸力及剪力，最終導(dǎo)致連梁?jiǎn)适С休d能力，引發(fā)結(jié)構(gòu)坍塌。因此就鋼組合桁架連梁的抗震性能進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)研究，將具有十分重要的作用與價(jià)值，據(jù)此本文在結(jié)合剪力墻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基礎(chǔ)上，針對(duì)剪力墻鋼組合桁架的連梁延性情況展開了具體的分析與探討，希望能夠提供一些參考。

一、剪力墻工作特點(diǎn)概述

連梁在剪力墻的整體抗震結(jié)構(gòu)之中承擔(dān)著首道防線的重要作用，而且連梁一方面承載了豎直方向的載負(fù)荷之外，另一方面也承載了極大的水平載負(fù)荷。在各類載負(fù)荷壓力與水平地震的影響之下，墻肢會(huì)出現(xiàn)彎曲形變，促使連梁端部發(fā)生力矩改變，降低相鄰墻肢的內(nèi)力及形變，從而給予墻肢一定的保護(hù)效用，緩解墻肢的受力情況。在水平方向的載負(fù)荷作用影響下，連梁很有可能會(huì)由于承載力超出限額而出現(xiàn)剪切損壞或是彎曲損毀。在連梁出現(xiàn)剪切損壞之時(shí)，會(huì)即刻導(dǎo)致其失去承載性能，墻肢也就成為了單片懸臂墻，這時(shí)墻肢一側(cè)的剛度會(huì)大幅度的降低，形變進(jìn)一步增大，彎矩也同樣變大，直至結(jié)構(gòu)坍塌；但連梁在出現(xiàn)彎曲性便是，其梁端能夠產(chǎn)生塑性鉸，結(jié)構(gòu)剛度下降而形變?cè)龃?，從而可以承載極大的地震能量，給予墻肢相應(yīng)的保護(hù)效果。彎曲損壞是連梁的理想損壞情形，而連梁的延性則是影響彎曲損壞的主要性能指標(biāo)，因此具備有較為良好延性的連梁則是一種十分理想的連梁方案。

二、試驗(yàn)概況

（一）試件的設(shè)計(jì)與制作

1、試件設(shè)計(jì)

基于鋼結(jié)構(gòu)所具備的延性優(yōu)勢(shì)，在確?；炷炼藟K以及對(duì)鋼結(jié)構(gòu)銜接位置不造成損壞的前提下，采取了“工”字形的試件設(shè)計(jì)，綜合考量到鋼結(jié)構(gòu)組合桁架在平面位置剛度較差的情況，本次研究?jī)H設(shè)計(jì)了小跨高比試件。在設(shè)計(jì)之時(shí)端塊混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度為C40，混凝土23D實(shí)際測(cè)量抗壓強(qiáng)度38.24N/mm2；鋼筋的曲強(qiáng)度及最大強(qiáng)度依次為378.1N/mm2、585.25N/mm2。在布設(shè)于交叉位置的角鋼角度為58.2°。

2、試件制作

此次研究的試件均于試驗(yàn)室環(huán)境制作，所有混凝土端塊在制作之后的澆水養(yǎng)護(hù)試件均不低于7d。且每一項(xiàng)試驗(yàn)試件在澆筑之時(shí)均保留三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試塊，從而進(jìn)行混凝土力學(xué)性能指標(biāo)的檢測(cè)。針對(duì)所選用鋼筋型材借助于金屬拉伸試驗(yàn)方式予以檢測(cè)。鋼筋綁扎、混凝土澆筑依據(jù)建筑施工標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。

針對(duì)角鋼、型鋼和各個(gè)端塊所需應(yīng)用的鋼筋均預(yù)留一部分的試驗(yàn)樣本，從而對(duì)相應(yīng)的試件強(qiáng)度予以檢測(cè)。在試件制作完成之后要采取打磨處理，于具體位置處貼上應(yīng)變片，在清理打磨以后將應(yīng)變片貼于打磨處，同時(shí)采取給予滴蠟，以避免應(yīng)變片受潮。

（二）試驗(yàn)測(cè)量?jī)?nèi)容

本次試驗(yàn)研究基礎(chǔ)為試驗(yàn)所得結(jié)論，經(jīng)由試驗(yàn)結(jié)論所求出滯回曲線，而后針對(duì)剛組合桁架連梁的受力特征予以分析評(píng)判從而獲知其中的規(guī)律特性。進(jìn)一步就鋼組合桁架連梁的承載性能、損壞機(jī)制、剛度、延性，耗能等指標(biāo)參數(shù)予以深入探究。其具體內(nèi)容如下：

第一，詳細(xì)觀察所有研究試件的損壞過程與特性；第二，不同層級(jí)的水平載負(fù)荷，與試件在水平載負(fù)荷下的位置移動(dòng)情況，為了明確掌握試件的滯回能力，可于試件布設(shè)位置移動(dòng)傳感設(shè)備，檢測(cè)連梁兩端的位置移動(dòng)情況從而表明連梁受力之后的性能特征，采用電液伺服作動(dòng)器及電子位移測(cè)量器所獲取到的作用力信號(hào)和位移信號(hào)，在通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理之后便可生成載負(fù)荷對(duì)試件位置移動(dòng)的影響曲線圖；第三，采用應(yīng)變片測(cè)量，采用電阻應(yīng)變片對(duì)桁架型鋼、角鋼在各個(gè)載負(fù)荷影響下的應(yīng)變值情況予以測(cè)量；第四，探究剛度不同情況下，對(duì)試件延性的影響。

三、試驗(yàn)結(jié)果分析

（一）構(gòu)件延性

結(jié)構(gòu)亦或是構(gòu)件抵抗的非線性形變狀況，采用延性來予以分析。延性即為結(jié)構(gòu)或者是構(gòu)件在承載性能未發(fā)生本質(zhì)性改變的狀況下，所能夠承受的形變性能，也可說是延性是構(gòu)件后期形變性能的具體體現(xiàn)。構(gòu)件的延性大小采用延性系數(shù)表達(dá)，延性系數(shù)最大形變和屈服形變間的比值關(guān)系。延性系數(shù)體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性形變性能，展示出了結(jié)構(gòu)構(gòu)件在抗震方面的能力優(yōu)劣，因此結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能很大程度上是取決于構(gòu)件延性的。

在結(jié)構(gòu)抗震分析之中通常會(huì)選用的延性系數(shù)包含有三類：

第一，撓度延性系數(shù)，可具體表述為：

第二，轉(zhuǎn)角延性系數(shù)，可具體表述為：

第三，曲率延性系數(shù)，可具體表述為：

其中依次為構(gòu)件承載性能降低至 80%的最大承載性能之時(shí)的撓度、轉(zhuǎn)角及曲率。

（二）耗能狀況

試驗(yàn)構(gòu)件的耗能狀況即為在多次的載負(fù)荷壓力影響之下，構(gòu)件對(duì)能量的吸收能力。耗能狀況表明了構(gòu)件的非線性力學(xué)性能，是對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的進(jìn)行評(píng)估的主要指標(biāo)依據(jù)。在結(jié)構(gòu)發(fā)生了彈塑性狀況之時(shí)，結(jié)構(gòu)試件的抗震能力主要是由結(jié)構(gòu)耗能情況所決定。滯回曲線之中的加載階段載負(fù)荷滯回曲線所具備的面積大小能夠表明結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)地震能量的吸收情況，同時(shí)在卸載方面的曲線和加載曲線共同包含的面積即為耗散能量。此類能量是經(jīng)過材料之中的內(nèi)摩組亦或是局部破壞，而將能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷ⅰ?/p>

結(jié)束語

總而言之，本文首先就剛組合平面桁架的連梁抗震性能進(jìn)行了試驗(yàn)探究。依據(jù)跨度的高度比、剛度比等相關(guān)影響因素進(jìn)行了剛組合桁架連梁的偽靜力試驗(yàn)，就此類連梁的具體受力特征得到了一些試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)這一類連梁結(jié)構(gòu)具備有較為良好的延性特征，及塑性耗能能力。鋼組合桁架的連梁根結(jié)處端板自身未發(fā)生損壞，此即表明試驗(yàn)連梁的根部節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是具有實(shí)踐可操作性的，能夠有助于日常的施工維護(hù)。

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