混凝土剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究

曾 倬 　 葛 華

(1.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院,上?！?00092；　2.四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司，四川 成都　610041)

1　概述

為了研究比較現(xiàn)有建筑和老舊建筑鋼筋混凝土剪力墻的抗震性能，基于“89”規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)造，設(shè)計(jì)了不同構(gòu)造措施的6片剪力墻構(gòu)件進(jìn)行荷載試驗(yàn)。本文實(shí)驗(yàn)中控制了不同的抗震構(gòu)造、軸壓比、高寬比等參數(shù)，得到構(gòu)件的破壞形態(tài)、承載力、延性性能等各方面抗震性能，用來分析構(gòu)造邊緣構(gòu)件和約束邊緣構(gòu)件剪力墻的抗震性能差異。

2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)共設(shè)計(jì)6片剪力墻，考慮兩種不同的邊緣構(gòu)件配筋情況，再根據(jù)不同的軸壓比及高寬比，每種邊緣構(gòu)件配筋情況設(shè)計(jì)3片剪力墻。約束邊緣構(gòu)件墻片，暗柱縱筋取4φ10，暗柱箍筋取φ6@100；構(gòu)造邊緣構(gòu)件墻片，暗柱縱筋取4φ14，暗柱箍筋取φ6@150。墻片厚度統(tǒng)一取150 mm。混凝土強(qiáng)度等級為C30，鋼筋強(qiáng)度等級均為HPB300，具體設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1　試件設(shè)計(jì)參數(shù)表

3　試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過對6片一字型鋼筋混凝土剪力墻試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到試件墻頂水平力—水平位移滯回曲線、骨架曲線、墻端水平力及水平位移特征值、位移延性系數(shù)等，并對6片剪力墻試件墻頂水平力—位移滯回曲線及骨架曲線等作了簡要的分析總結(jié)。

3.1　滯回曲線

試件W1～W6的滯回曲線如圖1所示?？梢钥闯?，各個(gè)試件的滯回曲線表現(xiàn)出下列共同特點(diǎn)：

1)一開始試件的滯回曲線呈直線發(fā)展，包圍面積較小，荷載和相應(yīng)位移基本呈線性關(guān)系。

2)隨著荷載的逐漸增大，滯回曲線出現(xiàn)明顯非線性發(fā)展，大致呈“弓”形，且單位荷載下的位移增加愈發(fā)明顯，導(dǎo)致滯回環(huán)內(nèi)部面積增大，出現(xiàn)“捏攏效應(yīng)”。即便撤除水平荷載，由于殘余變形的存在，位移坐標(biāo)依舊無法回歸零值。

3)試件進(jìn)入屈服階段后，試件的承載力在到達(dá)極限強(qiáng)度之前依然能略微增加，而后承載力隨位移的增加而逐漸降低，但大多數(shù)試件的承載力下降并不非常明顯。各試件均出現(xiàn)明顯的“捏攏效應(yīng)”，鋼筋和混凝土之間出現(xiàn)了一定的粘結(jié)滑移。

3.2　骨架曲線

試件W1～W6的滯回曲線得到的骨架曲線如圖2所示。可以看出：加載位移較小時(shí)，荷載和相應(yīng)位移基本呈線性關(guān)系，此時(shí)試件基本處于彈性狀態(tài)；隨著位移的增大，構(gòu)件分別進(jìn)入塑性、極限破壞的階段；由于核心混凝土的開裂、壓碎，鋼筋的屈服、屈曲為從局部向整體逐漸擴(kuò)展的漸進(jìn)過程，因此圖中并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)與屈服點(diǎn)。

3.3　強(qiáng)度和變形特征值

試件W1～W6峰值荷載與屈服荷載的比值如表2所示，說明試件偏于安全。而由于不同試件的設(shè)計(jì)依據(jù)、高寬比以及軸壓比的不同，其對應(yīng)的安全儲備也有較大差距。

表2　試件W1～W6墻頂水平力及水平位移特征值

試件編號加載方向屈服峰值破壞Vy/kNΔy/mmVu/kNΔu/mmVd/kNΔd/mmVu/VyVu/Vy均值W1+191.839.02243.3727.50206.8646.591.27-176.177.87231.3831.82196.6848.371.311.29W2+226.0315.36301.5238.48256.3052.961.33-228.8814.90308.5640.58262.2754.261.351.34W3+295.1811.44363.3424.48308.8436.731.23-288.499.8353.3227.92300.3239.121.221.23W4+337.2211.65423.2623.12359.7733.711.26-369.7015.34434.6126.00369.4233.871.181.22W5+384.4511.28472.2521.58401.4127.571.23-353.3110.36427.5122363.3828.181.211.22W6+501.2813.66577.2625.25490.6728.571.15-454.8312.16524.8121.64446.0927.381.151.15注:Δy為屈服位移;Vy為屈服荷載;Δu為峰值位移;Vu為峰值荷載;Δd為破壞位移;Vd為破壞荷載

表3　墻頂位移延性及變形性能

3.4　延性和變形性能

試件W1～W6的延性系數(shù)介于2.17～5.66，位移延性系數(shù)均大于2，表明6片剪力墻延性均較好，其屈服后具有較好的變形能力。由于試件的設(shè)計(jì)依據(jù)、高寬比以及軸壓比的不同，各個(gè)試件的變形能力有較大差距，見表3。

4　結(jié)語

通過對依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范和“89”規(guī)范設(shè)計(jì)的試件實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，得出以下結(jié)論：

1)依據(jù)“89”系列規(guī)范設(shè)計(jì)的墻體(設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件)和依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)的墻體(設(shè)置約束邊緣構(gòu)件)都具有較好的抗震性能。

2)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件相比于設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件可以更有效的加強(qiáng)對剪力墻的角部易損部位的約束，增大邊緣混凝土的抗壓強(qiáng)度，從而提高剪力墻的極限水平承載力。

3)邊緣構(gòu)件內(nèi)縱筋配筋量的增加能夠非常顯著的提高單次循環(huán)滯回耗能能力，邊緣構(gòu)件內(nèi)縱筋配筋率較大而箍筋較稀(配箍率小)的試件單次循環(huán)滯回耗能能力高于邊緣構(gòu)件內(nèi)縱筋配筋率較小而箍筋較密的試件，因此可以通過提高剪力墻抗震承載能力來彌補(bǔ)構(gòu)造不足帶來的延性不利影響，達(dá)到以承載力換延性的目的。

4)隨加載軸壓比的增大，剪力墻的水平極限承載力增大，延性性能降低，剛度退化程度加劇，耗能效率提高，單次循環(huán)滯回耗能能力變化不明顯。因此現(xiàn)行規(guī)范對剪力墻的軸壓比作出要求，避免軸壓比過大帶來的承載力不利影響。

5)隨剪跨比的增大，剪力墻的水平極限承載力減小，延性性能提高，剛度退化程度放緩，耗能效率降低，單次循環(huán)滯回耗能能力降低。因此現(xiàn)行規(guī)范建議，剪力墻宜設(shè)計(jì)成高寬比大于2的細(xì)高墻，以滿足延性破壞的要求。

總的來說：對于現(xiàn)有建筑，剪力墻的構(gòu)造不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，但只要抗震承載力有足夠富余，就可以以剪力墻抗震承載能力來彌補(bǔ)構(gòu)造不足帶來的不利影響，達(dá)到以承載力換延性的目的。