混凝土結(jié)構(gòu)膠對冷彎型鋼骨架墻體受力性能影響分析

高翔

摘要：混凝土結(jié)構(gòu)膠因其施工時對生產(chǎn)和生活影響很小，而目操作簡單、快捷、不影響結(jié)構(gòu)外形，所以被廣泛使用于鋼筋混凝土構(gòu)件加固和維修。文章為了提高冷彎型鋼骨架墻體的力學(xué)性能，將混凝土結(jié)構(gòu)膠運用于該墻體，通過實驗研究的方法，檢測混凝土結(jié)構(gòu)膠是否會影響冷彎型鋼骨架墻體的受力性能。實驗結(jié)果表明：混凝土結(jié)構(gòu)膠的使用對冷彎型鋼骨架墻體的極限抗剪強度、剛度、變形性方面都有很好的增強效果，而且還能夠限制墻體的裂縫擴展。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)膠;冷彎型鋼骨架墻體;力學(xué)性能;剪切強度

中圖分類號：TQ436⁺.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）10-0016-04

結(jié)構(gòu)膠在我國的發(fā)展已經(jīng)有三四十年歷史了，最初時結(jié)構(gòu)膠主要用于固定地腳螺栓，將混凝土與其需要相連接的預(yù)埋件進行粘接，或者用于加固工程，因為結(jié)構(gòu)膠的粘接強大大，而且比較方便、快速，現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)膠主要用于鋼筋混凝土構(gòu)件的維護和加固。冷彎型鋼骨架墻體容易收到剪切力的影響，而且為了提高其剪切強度、抗震抗風(fēng)的強度，文章將混凝土結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用于冷彎型鋼骨架墻體中，希望能夠提高冷彎型鋼骨架墻體的力學(xué)性能。

1實驗部分

1.1試樣裝置

本實驗的研究目的是檢測混凝土結(jié)構(gòu)膠對冷彎型鋼骨架墻體受力性能的影響。實驗試樣包含一個實驗組和一個對照組，實驗組為應(yīng)用混凝土結(jié)構(gòu)膠的冷彎型鋼骨架墻體，用SR4表示，對照組為普通的冷彎型鋼骨架墻體，用s3表示。所使用的材料即為混凝土結(jié)構(gòu)膠和冷彎型鋼骨架墻體，表1為所使用的材料的性質(zhì)。

冷彎型鋼骨架墻體的高度和長度分別為610mm和900ram，在制作冷彎型鋼骨架墻體需要固化28d之后再用于實驗。圖1為冷彎型鋼骨架墻體的結(jié)構(gòu)細節(jié)圖。

為了驗證冷彎型鋼骨架墻體的力學(xué)性能，試樣在恒定的軸向載荷下進行位移控制橫向循環(huán)加載，壁作為懸臂，如圖2所示。橫向位移載荷以0.1%，0.2%……0.8%，1%……1.8%的漂移水平施加，速度分別為10，20-80，100…180mm/min。

1.2對照樣本S3和實驗樣本SR4

設(shè)計的冷彎型鋼骨架墻體在荷載試驗下呈現(xiàn)剪切破壞模式。墻板內(nèi)縱橫配筋率分別為0.3%和0.2%，凈蓋度為2cm。垂直鋼筋包括兩個6mm和四個4.5mm鋼筋，每面墻的總垂直鋼筋等于240.28mm²，遠低于建議的288mm²下限。根據(jù)Lubkowski z A建議的墻體水平鋼筋為0.5*（0.004Ac）=144mm²（0.2232Ln2）。但是，為了確保對照試樣的剪切破壞，通過在墻體各面保持4Ф4.5@c/c間距200mm，將水平鋼筋減小至127.2mm²。采用12mm的鋼筋進行縱剪和剪力加固，使其與墻板相比，具有更大的強度。對照試樣抗剪切破壞的基底剪力vn為154kN，而抗彎曲破壞的基底剪力為235kN。

實驗樣本就是在對照樣本的基礎(chǔ)上使用混凝土結(jié)構(gòu)膠，用來增加其力學(xué)性能，在使用混凝土結(jié)構(gòu)膠時要研究根據(jù)其使用標(biāo)準(zhǔn)進行使用，要不然就發(fā)揮不了其工作性能。

1.3儀表

圖3顯示了用于監(jiān)測試樣負載響應(yīng)的稱重傳感器、應(yīng)變儀和線性電壓差動傳感器（LVDT）的布置。將兩個測力傳感器安裝到頭梁上以記錄感應(yīng)負載值?？偣擦鶄€LVDT用于監(jiān)測樣品偏轉(zhuǎn)。六個LVDT中的四個沿著其自由端的壁高度放置以檢查其偏轉(zhuǎn)模式。一個LVDT位于頭梁中心，第二個位于墻板頂部，第三個位于墻板底部附近，第四個位于基礎(chǔ)塊中心，以檢查墻基礎(chǔ)滑動。其余兩個用于確定壁底部的垂直變形，這是由感應(yīng)垂直壓縮載荷和側(cè)向位移的組合引起的。

2測試結(jié)果

2.1對照樣本S3結(jié)果

除了在前墻處施加恒定的垂直荷載外，還施加橫向循環(huán)荷載來測試冷彎型鋼骨架墻體。橫向位移控制載荷在每個水平方向上以三個完整的周期施加。每個循環(huán)都是從推動方向開始的。該試樣的誘導(dǎo)載荷移動水平分別為0.1%、0.2%…0.8%。遲滯曲線描述了持續(xù)荷載和誘發(fā)移動水平之間的關(guān)系，如圖4所示。在3.248mm（0.4%移動）和115kn的誘導(dǎo)荷載水平下，最初在施工縫附近的無墻端底部出現(xiàn)一條扁平裂縫，如圖5所示。在反向循環(huán)中，另一半的裂紋形態(tài)幾乎相同。這是由于混凝土在墻體自由端軟化時，內(nèi)部垂直鋼筋的推拉屈服，位于墻體末端。這一現(xiàn)象從滯后曲線中觀察到的變化中是明顯的，即在0.4%的漂移下，二次循環(huán)中的負載與第一次循環(huán)中觀察到的負載相比明顯減少。

圖4表明，隨著誘導(dǎo)移動水平的進一步增加，相應(yīng)的滯后環(huán)變寬，這說明能量耗散有所改善。這是由于裂縫表面之間的摩擦和鋼筋的屈服。隨著誘導(dǎo)滑移量的增加，滑動裂紋沿壁長擴展。在0.7%和0.8%的誘導(dǎo)橫向移動水平下，所承受的載荷是相同的。同樣，在這兩個水平上，第二和第三個循環(huán)中的試樣所描述的強度要小得多，這說明了大范圍的劣化。最后，在0.8%誘導(dǎo)位移水平下，觀察到混凝土在墻趾處破碎，并伴有兩端鋼筋屈曲。此外，在墻基礎(chǔ)接頭處發(fā)生的滑動裂縫幾乎覆蓋了整個墻體長度。因此，為了確保安全，試驗在該水平停止。

冷彎型鋼骨架墻體的破壞機理為墻基礎(chǔ)節(jié)點的滑動扁裂縫和兩端鋼筋屈曲的混凝土趾壓潰。然而，在相同的試樣經(jīng)受單調(diào)荷載試驗的情況下，所觀察到的破壞模式包括墻板內(nèi)的斜向剪切裂縫、在墻基礎(chǔ)接頭處滑動的扁平裂縫以及在壁自由端處的混凝土趾壓和鋼筋屈曲。破壞模式的這種變化是循環(huán)荷載的結(jié)果，循環(huán)荷載又使墻基處的混凝土抗壓強度降低，從而使破壞集中在此處。

2.2試驗樣本SR4結(jié)果

通過施加與對照樣本相同的載荷條件來測試試驗樣本。該試樣的誘導(dǎo)載荷移動水平分別為0.1%、0.2%…0.8%、1%、1.2%。與誘導(dǎo)移動和持續(xù)載荷相關(guān)的滯后曲線如圖6所示。結(jié)果表明，與對照試件相比，試驗樣本的初始剛度較高，裂紋萌生后強度增加，即載荷超過1.38mm（0.4%移動）。剛度和強度的增加分別歸因于混凝土結(jié)構(gòu)膠的特征剛度行為和荷載貢獻。

圖7顯示了失效試驗樣本的照片。它顯示了在對照樣本中觀察到的開裂模式的主要變化。將混凝土結(jié)構(gòu)膠用于冷彎型鋼骨架墻體上，通過有效地將荷載從墻板傳遞到基礎(chǔ)塊，在一定程度上限制了滑動破壞?；炷两Y(jié)構(gòu)膠也通過粘接裂縫來限制裂縫在墻板內(nèi)的擴展和擴展。在這種情況下，第一個對角線裂紋出現(xiàn)在無壁端。最初，在墻體高度的四分之一處，誘發(fā)位移為6.48mm（0.8%移動），荷載為170.5kN時，出現(xiàn)了裂縫。在誘導(dǎo)位移8.1mm（持續(xù)荷載150kN）時，另一條裂縫在墻中間高度呈對角發(fā)展。兩個裂縫向墻基礎(chǔ)接頭擴展，而不是在兩個壁面（包括墻端）處發(fā)展。由于試驗是在推壓的情況下開始的，因此在每種荷載水平下，無墻端首先經(jīng)歷了壓縮，然后經(jīng)歷了拉伸。由于混凝土結(jié)構(gòu)膠不能承受壓縮載荷，初始壓縮導(dǎo)致其自由端脫粘和屈曲。這反過來導(dǎo)致拉循環(huán)期間，由于鋼筋混凝土截面不能承受更高的拉伸應(yīng)力，在無壁端開始出現(xiàn)拉伸裂紋。試驗結(jié)果表明，在9.72×1.2%（位移）的水平荷載作用下，由于墻縫處出現(xiàn)扁平裂縫，在持續(xù)荷載作用下的荷載減至30%，試驗停止。冷彎型鋼骨架墻體基礎(chǔ)節(jié)點的扁平裂縫起源于墻體自由端，超過墻體的半長。在試驗的最后階段，在基礎(chǔ)塊附近的墻體邊緣觀察到混凝土劈裂。

3討論

3.1側(cè)向荷載一位移關(guān)系曲線

圖8顯示了兩個試驗墻的荷載一位移關(guān)系的包絡(luò)線。圖中顯示了混凝土結(jié)構(gòu)膠對提高墻體強度和剛度的貢獻。對比樣本具有剪力墻非線性響應(yīng)特性。在0.8%移動引起的橫向位移下，最大抗剪強度達到139kN。然而，峰值后的行為并沒有顯示出來，因為出于安全考慮，測試在此階段停止。在這一階段，在兩端的墻趾處觀察到了伴隨著鋼筋屈曲的混凝土剝落。此外，在墻底部附近的一個平面裂縫覆蓋了整個墻的長度。

與對照樣品相比，運用混凝土結(jié)構(gòu)膠的冷彎型鋼骨架墻體的極限強度增加了23%。這伴隨著延展性/可變形性的輕微下降。試樣在誘導(dǎo)移動水平為0.8%時達到其極限強度。包絡(luò)曲線顯示試驗樣本在0.4-0.6的誘導(dǎo)移動水平之間顯示出136kN的一致強度。它幾乎相當(dāng)于對比試樣的極限強度。在這一時間間隔內(nèi)，隨著誘導(dǎo)移動的增加，混凝土結(jié)構(gòu)膠的貢獻可以忽略不計，因為其相對于墻板中混凝土表面的相對滑動。然而，當(dāng)誘導(dǎo)移動超過0.6%時，混凝土結(jié)構(gòu)膠對提高墻體強度起到了很好的作用，如圖12所示。

3.2彈性和耗散能量

圖9分別顯示了兩個樣品的彈性和耗散能量曲線。通過計算加載曲線下面積，卸載曲線下和加載和卸載曲線之間的面積來評估總能量，彈性能量和耗散能量。曲線表明，與對照試驗相比，運用混凝土結(jié)構(gòu)膠的冷彎型鋼骨架墻體確實改善了其彈性能量，但另一方面降低了其耗散能力。這種發(fā)展歸因于混凝土結(jié)構(gòu)膠的彈性性質(zhì)。樣本s3和SR4在0.8%漂移下的累積DE分別為1.5910和1.23KJ，樣品SR4表明DE的下降為22.6%。

3.3傷害指數(shù)

圖10顯示了兩個個試樣的Park損傷指數(shù)Vs引起的橫向偏轉(zhuǎn)曲線。與對比試樣相比，試驗樣本的曲線更平坦。這表明采用的混凝土結(jié)構(gòu)膠在一定程度上緩解了持續(xù)性損害。

4結(jié)語

研究了混凝土結(jié)構(gòu)膠對冷彎型鋼骨架墻體的受力性能的影響，通過對對照樣本和實驗樣本受橫向循環(huán)荷載和恒定的垂直軸向荷載，混凝土結(jié)構(gòu)膠主要目的是在不損害其能量耗散能力的情況下提高了冷彎型鋼骨架墻體的剪切強度。通過實驗研究得出：使用混凝土結(jié)構(gòu)膠證明在提高冷彎型鋼骨架墻體極限抗剪強度、剛度、變形性方面取得了成功，并在一定程度上限制了裂縫的擴展。