裝配式開洞斷肢剪力墻抗震性能實驗的研究

張力濱 韓 宇

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

裝配式開洞短肢剪力墻是近幾年在我國建筑領(lǐng)域內(nèi)逐漸得到廣泛應(yīng)用的一種新型的抗側(cè)震構(gòu)件，本結(jié)構(gòu)自重輕且布置較為靈活，多為高剪力墻。因此，有必要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

1 短肢剪力墻

對于短肢剪力墻的特點，其主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1)建筑設(shè)計中，需要結(jié)合建筑平面，利用分隔墻來設(shè)置構(gòu)件，保證短肢剪力墻與填充墻的結(jié)合[1]，從而保證其功能性；2)短肢剪力墻的數(shù)量和長度設(shè)計，主要是根據(jù)其承載力來進(jìn)行設(shè)計，同時可以根據(jù)不同的尺寸以及位置來調(diào)節(jié)中心點；3)對于短肢剪力墻的連梁設(shè)計，需要根據(jù)墻體的位置，確定其豎平面。短肢剪力墻具有較多的優(yōu)勢：1)相對較短，存在調(diào)整方便的特點，有利于建筑物的平面設(shè)計；2)采用砌體構(gòu)建隔離墻，具有較好的保溫性。在混凝土含量降低的情況下，其可以有效的調(diào)整剛度，從而可以發(fā)揮抗震的功效[2]；3)短肢剪力墻的高度和寬度比值相對較大，有利于建筑提升抗震功能。

2 裝配式T字形剪力墻實驗

我國屬于多地震國家，因此在裝配式開洞剪力墻的設(shè)計中，需要充分考慮其抗震性能，以此來保證建筑的穩(wěn)定性。希望可以為裝配式短肢剪力墻的抗震結(jié)構(gòu)性能設(shè)計提供相應(yīng)的借鑒[3]。

2.1 試驗設(shè)計和材料選擇

本次研究主要探究單片裝配式開洞剪力墻的抗震性能，按照邊緣結(jié)構(gòu)的差異性以及剪跨比的差異性，制作一組3片試件。采用軸壓比和設(shè)計軸壓比分別為0.1和0.168，其具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 試驗數(shù)據(jù)

在設(shè)計中，借鑒國內(nèi)的規(guī)范文件，其設(shè)計軸壓比的計算公式如式(1)所示，試驗軸壓比如式(2)所示。兩者之間的關(guān)系如式(3)所示。

(1)

(2)

nd=αnt

(3)

根據(jù)規(guī)范，保證混凝土強度的修正系數(shù)，設(shè)計為0.88，確定軸壓比換算系數(shù)α，其如式(4)所示。

(4)

在式(4)中，γG=1.2，γc=1.4，混凝土的強度等級為C35，而δc=0.164。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，可以確定α=2.6。根據(jù)常見的混凝土強度等級(如表2所示)，通過數(shù)據(jù)可以確定設(shè)計軸壓比系數(shù)α為1.68。

表2 混凝土強度等級及相關(guān)數(shù)據(jù)

2.2 加載裝置和方案

剪力墻在受到豎向載荷的作用下，通過施加水平低周載荷，在模擬靜力的情況下，加載設(shè)備為1 500 kN。對于豎向的加載設(shè)備，主要選擇穿心式千斤頂，型號為YC-60，靜力為600 kN，為了降低加載裝置對構(gòu)件的約束，通過鋼絞線來提供軸力。加載裝置如圖1所示。

試驗過程中，通過地腳螺栓進(jìn)行固定，通過2臺千斤頂實現(xiàn)對試件的夾緊，防止其出現(xiàn)位移，同時在兩側(cè)布置側(cè)移裝置，防止其整體出現(xiàn)傾斜[4]。

在試驗開始前，對豎向的載荷進(jìn)行分級，按照10%,50%和100%三個維度來施加張拉力，在每個頂級張拉力施加完成后，需要暫停3 min，對加載裝置以及試件的實際情況進(jìn)行調(diào)查[5]，由于受到試驗條件的限制，將其軸壓比設(shè)計為0.1，對01-03號試件的軸力設(shè)計為470 kN，04-11號試件的軸力設(shè)計為750 kN。在軸壓基本穩(wěn)定后，施加水平載荷，首先，在試件屈服前，通過單次循環(huán)力來控制加載，第一級力要在載荷30%以下；其次，在屈服后，需要對位移進(jìn)行控制，保證每級循環(huán)3次，使承載力保證在最大的85%，或者試件出現(xiàn)損壞。在試驗中，通過自帶的位移計量器來進(jìn)行記錄，將其連接到應(yīng)變測試系統(tǒng)，以此來測量水平位移；對于載荷的計算，采用1 500 kN電液伺服控制系統(tǒng)，通過油壓表來確定豎向的軸力；對于裂縫的測量，需要在準(zhǔn)備階段，在試件上涂抹乳膠漆，同時采用墨線制作網(wǎng)格，尺寸為100 mm×100 mm，在裂縫出現(xiàn)后，在每級持荷5 min后，對裂縫的情況進(jìn)行記錄[6]。

2.3 試驗現(xiàn)象

試驗過程中，剪力墻共經(jīng)過彈性、帶裂縫工作以及破壞三個階段，墻體的預(yù)制部分并未出現(xiàn)撕裂以及分層等具體狀況，墻體裂縫主要集中在2/3的高度以下，由于各個試件結(jié)構(gòu)差異[7]，導(dǎo)致其試驗中存在不同的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)如下：

01號試件是02和03號試件的對比樣品，三個試件豎向載荷均為470 kN，其分別受到10 kN,30 kN,60 kN,90 kN,105 kN,120 kN,135 kN和150 kN的循環(huán)載荷，后5級通過位移進(jìn)行控制，分別在25 mm,50 mm,75 mm,100 mm和125 mm位置循環(huán)3次，試驗時，在60 kN以下時，載荷以及位移均呈現(xiàn)線性變化，變形較小，剛度基本未變化。在90 kN時，距離底座630 mm處出現(xiàn)裂縫，寬度為0.1 mm，裂縫長度為230 mm；在105 kN時，新出現(xiàn)3條裂縫，最大裂縫寬度為0.16 mm，在距離底座250 mm和1 090 mm處，分別出現(xiàn)380 mm和200 mm長度的裂縫；在120 kN時，出現(xiàn)6條裂縫，寬度為0.2 mm，正向出現(xiàn)距離底座450 mm位置，長度為420 mm，負(fù)向加載出現(xiàn)5條裂縫；在135 kN時，出現(xiàn)1條裂縫，寬度為0.3 mm，負(fù)向加載時，在距離底座1 590 mm處出現(xiàn)200 mm長度的裂縫。在25 mm位移情況下，無明顯變化，最大裂縫寬度為0.5 mm；在50 mm位移下，出現(xiàn)3條裂縫，正向2條，負(fù)向加載1條；在75 mm位移下，未出現(xiàn)新裂縫，剪力墻部分混凝土壓碎；在100 mm位移時，水平載荷達(dá)到最大，為-215.4 kN，部分混凝土出現(xiàn)剝落；在125 mm時，試件破壞，承載力下降15%以上。裂縫如圖2所示[8]。

2.4 試驗結(jié)果分析

鋼筋混凝土存在非線性變化的特點，在荷載提升的情況下，會導(dǎo)致構(gòu)件出現(xiàn)變形，這種現(xiàn)象稱之為滯后現(xiàn)象。在反復(fù)荷載作用下，會獲得荷載—變形曲線，稱之為滯回曲線，表示產(chǎn)品的變形過程[9]。反映構(gòu)件受力特征以及剛度情況，骨架曲線是指滯回曲線的外包絡(luò)線，是加載時的峰值軌跡，通過確定構(gòu)件的性能，可以確定其抗震性能。本次試驗中，對構(gòu)件抗震性能進(jìn)行分析，其滯回曲線如圖3所示。

3 總結(jié)和展望

主要探究裝配式剪力墻的抗震性能試驗，從多個角度對裝配式開洞短肢剪力墻的抗震性能進(jìn)行分析，并且確定試驗結(jié)果。裝配式開洞短肢剪力墻已經(jīng)成為未來建筑的重要組成部分，相信在未來的發(fā)展中，其必然擁有更加完善的市場。

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