李立仁，華 川

(1.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶400045;2.山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(重慶大學(xué))，重慶400030)

我國(guó)是使用混凝土結(jié)構(gòu)最多的國(guó)家，隨著我國(guó)高層及超高層建筑的大量涌現(xiàn)，采用高強(qiáng)混凝土已成為一種趨勢(shì)。高強(qiáng)混凝土因其強(qiáng)度高、變形小、耐久性能好，適應(yīng)了現(xiàn)代建筑工程向大跨度、高層以及超高層方向的發(fā)展。但是，高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)受力后表現(xiàn)出破壞突然、延性及抗震性能較差的不足均未得到有效的解決。因此，研究高強(qiáng)混凝土在工程中的成熟應(yīng)用，受到了工程界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

在一些實(shí)際工程中，由于墻體高度的限制，其鋼筋混凝土剪力墻往往形成通常所說(shuō)的低矮剪力墻。低矮剪力墻以受剪為主，其破壞形式為脆性剪切破壞，延性和耗能能力較差，在地震作用下其破壞具有突然性，因此，采取提高抗震性能的措施是十分必要的。

型鋼－混凝土剪力墻是將型鋼和混凝土兩種材料組合起來(lái)共同承受荷載的受力墻體，迄今為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)型鋼－高強(qiáng)混凝土剪力墻的的抗震性能研究比較少，在工程上的應(yīng)用還不是十分成熟。因此，本文擬通過(guò)低周反復(fù)水平加載試驗(yàn)，探索不同斜撐類型對(duì)型鋼－高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻抗震性能的影響。

1 試驗(yàn)概況

研究表明:普通混凝土剪力墻，通過(guò)合理的設(shè)置支撐(如型鋼支撐、鋼筋暗柱斜撐)，可形成抗震性能較好的普通混凝土剪力墻。因此，本文考慮在高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻暗柱中增設(shè)型鋼，腹板內(nèi)增設(shè)斜撐來(lái)改善高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻的抗震性能。

1.1 試件制作

本次試驗(yàn)3片型鋼－高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻試件依次為:SRHCW－Ⅰ(未設(shè)斜撐)、SRHCW－Ⅱ(內(nèi)設(shè)鋼筋斜支撐)、SRHCW－Ⅲ(內(nèi)設(shè)型鋼斜支撐)。型鋼－高強(qiáng)混凝土剪力墻的高寬比為1.0，試件的剪力墻腹板及加載梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80，下加載梁可作為加載試件的固端，其混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。各試件均采用1/3縮尺模型，具體尺寸及配筋如圖1、表1所示。構(gòu)件的設(shè)計(jì)軸壓比為0.15，試驗(yàn)軸壓比0.075，所施加的豎向荷載值均為750 kN。

圖1 剪力墻試樣

表1 試件各參數(shù)明細(xì)表

續(xù)表

1.2 材料力學(xué)性能

本次實(shí)驗(yàn)主要用的鋼材有熱軋鋼筋及熱軋型鋼兩大類，力學(xué)性能見(jiàn)表2，高強(qiáng)混凝土實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表3。

表2 鋼材材料性能指標(biāo)

表3 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度

2 試驗(yàn)的加載及量測(cè)

2.1 試驗(yàn)加載裝置

本次試驗(yàn)在重慶大學(xué)大型結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)加載裝置如圖2。

2.2 試驗(yàn)加載制度

本實(shí)驗(yàn)加載過(guò)程分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段，采用荷載控制加載，豎向千斤頂先緩慢加載，這個(gè)過(guò)程要進(jìn)行幾何及物理對(duì)中，對(duì)中以后加載到最大值，然后穩(wěn)定軸力至最大值，再施加水平荷載，找到剪力墻墻體開(kāi)裂的第一條裂縫后進(jìn)入第二個(gè)階段——位移控制加載階段，在位移控制加載階段，每級(jí)控制位移下循環(huán)兩次，且使用每一級(jí)位移遞增的變幅加載方式。當(dāng)實(shí)驗(yàn)的某一級(jí)實(shí)測(cè)荷載－位移滯回曲線的荷載值降到最大荷載的85%時(shí)就認(rèn)為試件破壞，也可以認(rèn)為試件所加軸力不能穩(wěn)定于設(shè)計(jì)值以及不能繼續(xù)承擔(dān)水平力時(shí)即宣告試驗(yàn)終止。

圖2 加載裝置

2.3 儀表位置

為了繪制滯回曲線，在加載梁端循環(huán)荷載施加位置處的下方，安放大位移計(jì)。為了測(cè)量節(jié)點(diǎn)的剪切變形，在混凝土墻面四個(gè)角部預(yù)埋四根短鋼筋，在短鋼筋上設(shè)置使用變形很小的鋼絲相連的百分表，通過(guò)百分表測(cè)量四個(gè)點(diǎn)的相對(duì)位移值以表示墻體的剪切變形情況。

3 受力過(guò)程分析及結(jié)果對(duì)比

3.1 試驗(yàn)記錄荷載值

三個(gè)試件由于所含斜撐類型不同其對(duì)應(yīng)的荷載值也均不同，表4為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中三個(gè)試件交替受力時(shí)的開(kāi)裂荷載和極限荷載值。

表4 試件荷載測(cè)量值

表中:Fcr為試件開(kāi)裂的水平荷載值(開(kāi)裂荷載均指首次加載至開(kāi)裂的荷載);Fu為試件承受的最大水平荷載值。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)三個(gè)試件的開(kāi)裂荷載值相差不是很大，極限荷載值SRHCW－Ⅱ最大，SRHCW－Ⅲ最小，表明斜撐的不同對(duì)高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻承載力的貢獻(xiàn)不同。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比與分析

3.2.1 試件裂縫發(fā)展與破壞過(guò)程

本次試驗(yàn)的試件為高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻，理論上均會(huì)發(fā)生剪切破壞，就如SRHCW－Ⅰ和SRHCW－Ⅱ的破壞，這兩個(gè)試件在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的彈塑形變形能力差、耗能能力較弱，破壞過(guò)程較突然和短暫，但是，SRHCW－Ⅲ通過(guò)合理的設(shè)計(jì)構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)了變形能力很強(qiáng)的延性破壞。

三個(gè)試件最終破壞狀態(tài)見(jiàn)圖3，試件裂縫發(fā)展與破壞過(guò)程為:

(1)SRHCW－Ⅰ和SRHCW－Ⅱ破壞特征基本相似。試件開(kāi)裂后進(jìn)入位移控制加載階段，裂縫迅速開(kāi)展，很快貫通，接著裂縫變寬，在加載過(guò)程中混凝土發(fā)出清脆嘶嘶的聲音，最后在斜向主裂縫處形成斜向短柱受壓破壞。但SRHCW－Ⅱ在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中開(kāi)始形成水平裂縫較多，裂縫在墻面的分布較廣，裂縫間距較均勻且墻體最后破壞時(shí)下部破壞程度較SRHCW－Ⅰ嚴(yán)重。

(2)SRHCW－Ⅲ:在一開(kāi)始出現(xiàn)較多的水平裂縫，接著斜向延伸，未出現(xiàn)明顯的主裂縫，裂縫間距分布比較均勻且裂縫幾乎遍布?jí)γ?，最后在墻體與基礎(chǔ)梁之間形成水平裂縫，在反復(fù)加載過(guò)程中，墻體底部受壓區(qū)混凝土壓碎，型鋼外露。最后破壞狀態(tài)為暗柱型鋼、暗柱主筋壓屈、混凝土壓碎，變形很大宣告實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

圖3 構(gòu)件最終破壞

3.2.2 滯回曲線

通過(guò)滯回關(guān)系曲線可以看出:

(1)SRHCW－Ⅰ的滯回環(huán)存在嚴(yán)重的“捏攏”效應(yīng)，當(dāng)主裂縫寬度明顯形成以后滯回曲線明顯偏移，剛度退化突然，滯回曲線向位移軸靠攏。

(2)SRHCW－Ⅰ和Ⅱ最大彈塑性位移幾乎差不多，但SRHCW－Ⅱ在試件正向受力過(guò)程中滯回環(huán)的面積明顯大于SRHCW－Ⅰ，鋼筋暗支撐的高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻也在一定程度上增強(qiáng)了構(gòu)件的延性。

(3)帶型鋼斜支撐SRHCW－Ⅲ的滯回環(huán)非常飽滿，剛度退化均勻，彈塑形位移最大，呈現(xiàn)一種梭型形狀，具有良好的抗震性能能力，且滯回曲線位移循環(huán)次數(shù)最多，但水平承載力并不是最大。

3.2.3 骨架曲線

通過(guò)對(duì)比分析三個(gè)試件的骨架曲線有:

高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻在試件開(kāi)裂至最大水平荷載階段，暗斜撐可以提高試件的承載力，且型鋼斜撐提高幅度最大(SRHCW－Ⅲ骨架曲線斜率最大，剛度的退化較均勻，承載力也較大);高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻在最大水平荷載階段以后，暗斜撐可以明顯提高最大塑性變形能力(型鋼斜撐最大，鋼筋暗斜撐其次，SRHCW－Ⅰ最小)(圖4)。

3.2.4 延性

三個(gè)試件的延性系數(shù)如表5所示，由表5可以發(fā)現(xiàn):

(1)三個(gè)試件的開(kāi)裂荷載值和開(kāi)裂位移值很相近，帶斜撐的高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻略高，在彈性階段斜撐對(duì)剪力墻的影響不明顯。

圖4 試件骨架曲線對(duì)比

(2)SRHCW－Ⅲ的極限位移最大，SRHCW－Ⅱ的極限位移其次，SRHCW－Ⅰ最小，斜撐可以明顯提高高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻的變形性能。

(3)SRHCW－Ⅲ的延性系數(shù)最大(接近SRHCW－Ⅰ的1.6倍，接近 SRHCW－Ⅱ的1.55倍)，SRHCW－Ⅱ其次(接近SRHCW－Ⅰ的1.1倍)，SRHCW－Ⅰ最小，反映了型鋼斜撐可以明顯改善高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻的抗震性能。

表5 試件延性系數(shù)

3.2.5 耗能性能

表5 SRHCW－Ⅰ～SRHCW－Ⅲ等效阻尼比

表5中數(shù)據(jù)表明:(1)帶暗斜撐的高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻在對(duì)應(yīng)位移下的等效粘滯阻尼比均高于不含斜撐的SRHCW－Ⅰ;(2)帶型鋼斜撐的SRHCW－Ⅲ的等效粘滯阻尼比最大，SRHCW－Ⅱ其次，SRHCW－Ⅰ最小;(3)表明型鋼斜撐SRHCW－Ⅲ具有較好的抗震性能。

3.2.6 強(qiáng)度衰減

從此次試驗(yàn)的強(qiáng)度衰減圖可以發(fā)現(xiàn):(1)SRHCW－Ⅲ的衰減系數(shù)波動(dòng)最為平緩，其抗震性能明顯優(yōu)于SRHCW－Ⅰ和Ⅱ;(2)在整個(gè)對(duì)應(yīng)位移級(jí)下SRHCW－Ⅱ衰減系數(shù)線均在SRHCW－Ⅰ上方，波動(dòng)幅度較SRHCW－Ⅰ小;(3)設(shè)置暗斜撐的高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻可以提高反復(fù)水平荷載下的衰減系數(shù)，可以提高高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻的抗震性能。

4 結(jié)論

本文通過(guò)三個(gè)不同斜撐類型的型鋼－高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻試件的低周反復(fù)加載試驗(yàn)，得出如下結(jié)論:剪跨比λ=1的剪力墻發(fā)生剪切破壞，但通過(guò)合理的構(gòu)造也可以讓高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻發(fā)生較好的延性破壞:暗斜撐對(duì)高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻的承載力貢獻(xiàn)值不是很大;帶暗斜撐的高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻的彈塑性位移、延性、耗能能力都比未設(shè)置暗斜撐的高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻有不同程度的提高，滯回環(huán)也較飽滿，且型鋼斜撐效果最顯著;帶暗斜撐高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻的強(qiáng)度衰減比未設(shè)暗斜撐的高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻衰減要慢;型鋼斜撐形成的核心混凝土約束能力強(qiáng)于暗柱斜撐，暗斜撐的破壞直接影響到低矮剪力墻墻體的破壞;含鋼量在相等的情況下，型鋼暗斜撐可以大幅增強(qiáng)高強(qiáng)混凝土低矮剪力墻的抗震性能。

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