1山东港湾建设集团有限公司
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摘要：为研究装配式型钢骨架轻质混凝土组合剪力墙抗震性能，对型钢骨架轻质混凝土组合剪力墙进行了几周反复荷载试验研究。试验结果表明，剪力墙经历了整截面墙受力到墙柱组合体受力的过程，表现出较强的耗能能力和良好的延性，可避免发生脆性破坏。利用有限元分析软件ABAQUS建立了试件数值模型，模拟结果与试验吻合较好。在此基础上，对轴压比由0到0．8的9组组合剪力墙进行了单调加载分析，分析表明，随着轴压比的增加，组合剪力墙抗剪承载力呈现出先增大后减小的趋势，破坏形态逐渐由压弯破坏变为剪切破坏，延性逐渐降低，变形能力变差。
关键词：组合剪力墙；有限元分析；轴压比；承载力
引言
装配式混凝土结构是建筑工业化的一种重要方式，起源于20世纪二三十年代，兴起于第二次世界大战后，当时欧洲面临的“住房紧缺”和“劳动力缺乏”两大困难促成了预制装配式结构的快速发展。到20世纪60年代，预制装配式结构技术基本解决了欧洲各国的“房荒”问题。经过几十年的发展，目前欧洲各国和美国、日本、新西兰等国都已建立了较为成熟的预制装配式混凝土结构体系。20世纪50年代初我国提出了建筑工业化的发展方向，在全国推行工厂化、装配化、标准化的建造方式。随后，我国从原苏联引进大批装配式大板结构，建造了许多预制装配式工业厂房。但是在唐山大地震时，这些装配式结构节点连接破坏较严重，因此，在较长一段时间内，工程技术人员对采用装配式结构体系持审慎态度。
1试验概况
1.1试件设计
型钢骨架轻质混凝土组合剪力墙试件截面尺寸为1150mm×120mm，高为2550mm。墙体上导轨、下导轨、立柱、边支柱和刚性支撑采用冷弯槽钢，钢骨架正反面分别铺设3@100双向钢丝网，钢丝网与型钢骨架焊接连接。方格网内部浇筑粉煤灰陶粒泡沫混凝土，混凝土外侧抹白色水泥，并铺设玻璃纤维网格布。试件尺寸及配筋如图1所示。
1.3加载装置与制度
根据《建筑抗震试验规程》（JGJ/T101—2015），对墙体进行了几周反复荷载试验，试验期间竖向荷载保持不变，水平荷载采用荷载-位移混合控制。弹性阶段，采用荷载控制，每级加载循环1次；试件出现斜裂缝时，改为位移控制，以该荷载对应的位移值的倍数为极差进行加载，每级加载循环2次；直至试件荷载下降到峰值荷载的85%以下或型钢骨架发生屈服不能继续承受荷载，加载结束。加载装置如图2所示。
1.4测点布置与量测内容
位移计布置如图2所示。位移计D1距离板顶部200mm，测定试件顶部位置处的水平位移；位移计D2和D5距板底部200mm，测试试件相对于底座的位移；位移计D4和D6测试底座在垂直方向上相对于地面的位移；位移计D3距板底部100mm，测试板底水平方向位移。
2试验现象及破坏特征
2.1试验现象
1）在加载初期以荷载控制，水平加载10kN时，墙板底部与边柱连接的界面出现明显的微裂纹。2）在20kN循环加载后，墙壁两侧出现大量45°方向的斜裂纹，认为构件屈服，此后改为位移控制加载。3）当位移控制20mm，循环加载2次后，板的右下角钢筋网鼓出（图3（a）），墙壁两侧出现大量交叉斜裂缝（图3（b））。4）当位移控制30mm，循环加载2次后，左下角的槽钢与混凝土脱离，施加水平反复作用力的墙角处也出现明显的裂纹（图3（c））。5）当位移控制40mm，循环加载1次后，墙角最宽裂纹约10mm，边柱底部出现屈曲，此时，承载力下降到峰值荷载的85%，测试终止。试件的最终破坏形态如图3（d）所示。
2.2破坏特征
在加载过程中，组合剪力墙试件经历了弹性阶段，墙体开裂、失效和逐渐退出工作，槽钢框架承担3个阶段的主要荷载。轻质混凝土剪力墙主要承受加载初期水平荷载，随着墙体交叉裂缝的增多，角部槽钢与混凝土的脱离，轻质混凝土剪力墙逐渐退出工作，槽钢框架承担主要的水平荷载。试件的最终破坏形态：墙体4个角出现槽钢与混凝土脱离，局部钢筋网突出，底部槽钢屈曲并出现较大的塑性变形。
3试验结果和分析
3.1滞回曲线
该试验获得了试件的荷载-位移（F-Δ）滞回曲线，如图4所示。从F-Δ曲线图像可以看出：在弹性阶段，试件整体性能良好，滞回曲线基本为直线，加载与卸载曲线基本一致；在弹塑性阶段，墙体裂缝增多，滞回环包络面积逐渐增大，刚度退化逐渐明显；在屈服阶段，滞回曲线朝弓形发展，并且曲线“捏拢”现象更加明显。在相同位移下，滞回曲线包络面积随着循环次数的增加而减小，承载能力也逐渐降低；在加载后期，由于槽钢框架能量消耗比例增加，导致滞回曲线面积逐步增加，并且结构的整体能量消耗能力逐渐提高。
3.2骨架曲线
试件的骨架曲线如图5所示。从图中可以看出：在荷载初始阶段，试件处于弹性阶段，骨架曲线呈线性发展，曲线斜率较大，直线段较长，说明型钢骨架轻质混凝土剪力墙具有较高的初始刚度和开裂荷载；从混凝土墙体开裂至荷载达到峰值，由于混凝土的开裂损伤及部分退出工作，试件的刚度逐渐减小，呈现明显的弹塑性；当达到极限荷载时，由于边柱屈服，更多的混凝土退出工作，骨架曲线进入下降阶段，在水平荷载反复作用下，骨架曲线下降较为缓慢，说明型钢骨架轻质混凝土剪力墙具有较好的延性和变形能力。
结论
本文通过装配式型钢骨架轻质混凝土组合剪力墙的几周反复荷载试验与有限元数值模拟，得出以下结论：1）装配式型钢骨架轻质混凝土组合剪力墙具有良好的耗能能力和延性，符合国家标准设计要求；2）有限元分析表明，随着轴压比的增加，组合剪力墙抗剪承载力呈先上升后下降的趋势，破坏状态逐渐由压弯破坏变为剪切破坏，延性逐渐降低，变形能力变差，在实际工程应用中，应合理设定轴压比的大小；3）工程设计中，宜综合考虑槽钢骨架、刚性支撑与粉煤灰陶粒泡沫混凝土协同工作的性能，要结合实际进行设计。
参考文献
[1]钱稼茹，杨新科，秦珩，等．竖向钢筋采用不同连接方法的预制钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验［J］．建筑结构学报，2011（6）：51-59．
[2]朱张峰，郭正兴，汤磊．新型混合装配式混凝土剪力墙抗震性能试验研究及有限元分析［J］．土木工程学报，2018，51（3）：36-43．
论文作者:杨超1,董玉玲2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/12
标签：荷载论文; 位移论文; 混凝土论文; 骨架论文; 组合论文; 加载论文; 曲线论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;