内置钢板带—高强混凝土中高剪力墙抗震性能试验研究.doc

内置钢板带—高强混凝土中高剪力墙抗震性能试验研究随着城市建设的高度发展,高层建筑在我国有着飞速发展的需求。建筑功能和类型的不断更新和变化,结构设计的难度相对而言也在逐渐变大,二十世纪以来随着建筑技术发展的日新月异,世界各地建筑物高度的不断刷新,随之而来的是各种高强以及高性能的混凝土的发展及投入使用。但是,高强混凝土自身存在的延性差、脆性破坏等缺点,使其使用受到限制。上世纪七十年代钢板剪力墙作为一种新型的抗侧力构件因其抗侧刚度大,承载力高以及耗能性能好等优点开始被研究并应用到大量的高层及超高层建筑中。但是在我国中西部高烈度地区(抗震设防烈度8度以上)的二三线城市,经济水平较低,钢板剪力墙、型钢剪力墙耗钢量大,大量地使用会造成建筑成本过高。但设计人员为满足我国设计规范对结构位移角、位移比及轴压比等指标往往将建筑布置较多的剪力墙或者将墙身尺寸设计过大,降低了建筑的经济性以及适用性,造成不必要的浪费。较大的墙身尺寸会造成剪力墙侧移刚度较大,则自振周期越短,地震作用也会增大,易使剪力墙发生剪切变形为主的脆性破坏。面对高烈度地区对于中高层建筑结构设计提出较高的延性及耗能能力的要求,作者试图通过在剪力墙内设置钢板带的措施,探索适当的配钢率及调整钢板带位置使得剪力墙的刚度可以调整,在地震作用下能够对墙身裂缝的开展起到有效地限制作用,提高剪力墙的耗能能力以及保证结构具有更好的延性。这对于保证建筑经济性、适用性最大化的目的均具有重要的意义。本文主要采用试验与分析相结合的研究方法,研究如下:为进行内置钢板带-高强混凝土组合剪力墙滞回性能试验的研究,本文作者设计了四片内置钢板带—高强混凝土组合剪力墙(SPRCW-1~4)的试验,试件缩尺比为1:4,试件的剪跨比设计均为1.8。保证四片剪力墙的试件尺寸、墙身暗柱的配筋率以及墙身的纵筋、水平筋配筋率等其他各项指标相同的条件下,调整墙身内钢板带及钢板带位置两项指标,通过试验结果讨论了在不同配钢率和不相同钢板带位置下的内置钢板带-高强混凝土中高组合剪力墙的抗震性能,并结合本团队早期做过的高轴压比下的带角钢暗支撑的型钢剪力墙试件(HRCW-1)的抗震性能进行对比,主要工作及成果如下:(1)本试验通过控制设计轴压比为0.4,水平荷载采用低周反复加载的试验方法,得到在墙身内不同位置的钢板带及不同配钢率条件下内置钢板带—高强混凝土中高组合剪力墙的破坏形态和破坏机理;(2)钢板带的加入相对于普通的钢筋混凝土剪力墙可以充分的发挥混凝土同钢材两种材料的优势,试验试件将钢板带四周焊接抗剪栓钉同高强混凝土组合起来,保证了两种材料能够充分的共同作用,从而研究并分析了内置钢板带-高强混凝土中高剪力墙试件的抗震性能的各项指标;(3)分析五个试件SPRCW-1~4、HRCW-1的变形情况,根据位移计的测量情况经过计算分别得出了五个试件的弯曲变形、剪切变形以及总变形情况,并得出了弯曲变形、剪切变形在总变形中所占比例。(4)分析总结了五个试件中暗柱中纵筋、冷弯薄壁型钢以及水平钢筋的应力应变分布规律。并根据钢板应变花的测量数据结合第四强度理论计算分析了钢板在各级位移循环下的折算应力以及剪切变形的情况。(5)分析总结了五个试件的骨架曲线、延性,滞回曲线、强度衰减以及耗能能力等变化规律;并对比分析了SPRCW-1~4以及HRCW-1的在上述各方面的差异。(6)在试验数据的基础上根据虚功原理确立了内置钢板带-高强混凝土中高剪力墙的初始弹性刚度的计算模型,并将计算结果同试验结果进行对比,初步研究了内置钢板带-高强混凝土组合剪力墙的初始弹性刚度;(7)在试验数据的基础上以悬臂深梁为基础,根据受力平衡原理确立了内置钢板带-高强混凝土中高剪力墙的力学模型,并将计算结果同试验结果进行对比,初步确定了内置钢板带-高强混凝土中高剪力墙的抗弯承载能力计算公式;试验结果表明,混凝土墙身能够对钢板带提供有效地侧向约束防止钢板带发生平面外屈曲,同时内置钢板带加入可以有效地提高墙体的延性及耗能能力,表现出比普通高强混凝土剪力墙更优异的抗震性能。同带角钢暗支撑的型钢剪力墙相比,在一定配钢率且钢板位置靠近墙身两侧边缘构件的组合剪力墙具有更好的延性及耗能能力。本论文给出的试验分析结果和建议可供工程设计参考。