鐘樹生 申曉平 趙大梅 郭 洋

（1、2.重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400045；3.中國航天建筑設(shè)計(jì)研究院，北京 100071；4.成都思納史密斯設(shè)計(jì)有限公司，四川 成都 610041）

短肢剪力墻位于轉(zhuǎn)換梁中部的不同結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式的抗震試驗(yàn)研究

鐘樹生1申曉平2趙大梅3郭 洋4

（1、2.重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400045；3.中國航天建筑設(shè)計(jì)研究院，北京 100071；4.成都思納史密斯設(shè)計(jì)有限公司，四川 成都 610041）

通過對短肢剪力墻位于轉(zhuǎn)換梁中部加腋式和斜柱式兩種轉(zhuǎn)換形式的框支短肢剪力墻試件進(jìn)行豎向荷載和水平荷載共同作用下的擬靜力分析，對比分析加腋式和斜柱式兩種轉(zhuǎn)換形式的破壞機(jī)制、剛度退化規(guī)律以及試件的抗震性能，為實(shí)際工程的設(shè)計(jì)提供參考。

框肢短肢剪力墻；斜柱式轉(zhuǎn)換；加腋式轉(zhuǎn)換；擬靜力試驗(yàn)

1 引言

如今在實(shí)際工程中，由于上部短肢墻數(shù)量較多，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，不可避免會(huì)出現(xiàn)短肢墻與框支柱完全分離，短肢墻由轉(zhuǎn)換梁完全承擔(dān)的情況。目前，對此種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式的研究較少。筆者結(jié)合某實(shí)際工程,對一榀剪力墻位于轉(zhuǎn)換梁中部的斜柱式轉(zhuǎn)換框架和一榀剪力墻位于轉(zhuǎn)換梁中部的加腋式轉(zhuǎn)換框架進(jìn)行了擬靜力實(shí)驗(yàn)，并對這兩種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的受力和抗震性能進(jìn)行了探討。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)概況

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。本次試驗(yàn)根據(jù)某實(shí)際工程進(jìn)行簡化與調(diào)整，按1/3縮尺確定試件尺寸。兩個(gè)試件的編號分別為W11-1和W11-2。試驗(yàn)先以ANSYS程序進(jìn)行的彈性分析為基礎(chǔ)，在分析過程中簡化分析過程，不考慮鋼筋屈服、混凝土非線性本構(gòu)關(guān)系等非線性因素，采用彈性單元進(jìn)行分析。試件幾何尺寸如圖1所示：

圖1 試件尺寸圖

圖2 試驗(yàn)裝置簡圖

2.2 加載裝置及加載制度。試驗(yàn)裝置簡圖如圖2所示，實(shí)驗(yàn)荷載加載制度參考文獻(xiàn)[3]提出的加載制度，其加載程序?yàn)椋合葘υ嚰鶆虻胤秩舾刹绞┘訄?jiān)向荷載,到達(dá)設(shè)計(jì)值后，保持其在整個(gè)試驗(yàn)過程中恒定，然后施加水平低周反復(fù)荷載。在試件屈服之前，采用荷載控制的方法，尋找開裂荷載和屈服荷載，在試件屈服之后，采用位移控制的方法，即采用試件水平屈服位移Δy的整數(shù)倍控制加載，每級加載循環(huán)二次，直至水平荷載下降至最大承載力的85%，此時(shí)認(rèn)為試件失效，終止實(shí)驗(yàn)。

3 試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象簡述。試件W11-1：在豎向荷載作用下轉(zhuǎn)換梁跨中開裂，同時(shí)在其左右兩側(cè)均出現(xiàn)多條裂縫，幾乎貫通整個(gè)轉(zhuǎn)換梁，其中中間墻肢靠近左洞口的裂縫為明顯的剪切裂縫，在左、右墻肢底部靠近洞口部位出現(xiàn)數(shù)條從墻肢向轉(zhuǎn)換梁加腋處延伸的裂縫。當(dāng)水平推力達(dá)到50KN時(shí)，在中間墻肢右端洞口處的轉(zhuǎn)換梁出現(xiàn)新裂縫，裂縫出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換梁的中部。當(dāng)水平推力達(dá)到314KN時(shí)，轉(zhuǎn)換梁跨中出現(xiàn)數(shù)條豎向裂縫，轉(zhuǎn)換梁右邊加腋端部出現(xiàn)一條向節(jié)點(diǎn)發(fā)展的新裂縫。當(dāng)水平推力達(dá)到320KN時(shí)，結(jié)構(gòu)正向屈服。在以后的循環(huán)過程中，右洞口下轉(zhuǎn)換梁交叉斜裂縫發(fā)展較快，至8Δy時(shí)，此處裂縫截面混凝土剝落、大塊掉落，試件破壞。

試件W11-2：在豎向荷載作用下在距右墻肢邊緣約4cm處的右端洞口凈跨段轉(zhuǎn)換梁底處出現(xiàn)了第一條垂直裂縫，同時(shí)在轉(zhuǎn)換梁跨中底部也出現(xiàn)了長約6mm的垂直裂縫。正向施加水平推力至150KN時(shí)，分別在距右框支柱內(nèi)邊緣約18cm處的轉(zhuǎn)換梁底和距左框支柱內(nèi)邊緣35cm的轉(zhuǎn)換梁頂出現(xiàn)了水平荷載作用下的第一條裂縫，水平力推力加載至190KN時(shí)，上述兩條裂縫在原有的基礎(chǔ)上向上、向下延伸。正向加載至435KN時(shí)，構(gòu)件屈服。在以后的循環(huán)過程中，中間墻肢下部出現(xiàn)剪切裂縫，豎向鋼筋壓屈。至5Δy時(shí)，試件峰值荷載下降已有26%，試件破壞。

3.2 試件破壞機(jī)制。試件塑性鉸出現(xiàn)的先后順序見圖3。從中可以看出試件W11-1首先在轉(zhuǎn)換梁加腋中部出現(xiàn)塑性鉸，接著在框支柱柱底出現(xiàn)塑性鉸，同時(shí)中間剪力墻下轉(zhuǎn)換梁出現(xiàn)塑性鉸。只是試件W11-1的變形和損傷都集中在鉸1、2處，框支柱、剪力墻、加腋處后期的裂縫較少，最終以鉸1、2處混凝土壓碎而破壞。試件W11-2首先在右斜柱與轉(zhuǎn)換梁相交處出現(xiàn)塑性鉸，接著在中間剪力墻下方出現(xiàn)塑性鉸，如圖中鉸2、3所示。然后在左斜柱與左框支柱相交處，以及轉(zhuǎn)換梁中部和兩端處依次出現(xiàn)塑性鉸。最終墻肢上鉸2、鉸3處混凝土被壓潰后大面積掉落，從而使試件最終失效。

圖3 試件塑性鉸先后次序圖

3.3 P-Δ滯回曲線分析。兩試件轉(zhuǎn)換層P-△滯回曲線如圖4所示。試件W11-1正向加載的滯回曲線較反向加載的飽滿，極限位移較大，同時(shí)滯回曲線捏隴顯現(xiàn)較為嚴(yán)重，承載力的退化較為明顯。試件W11-2滯回曲線，整體上較為豐滿，在加載初期曲線呈梭形，后期略呈不明顯的反S形，中間有一定的“捏攏”現(xiàn)象，試件正向殘余位移小于反向的殘余位移，但正向和反向的P-Δ滯回曲線具有很好的對稱性。

圖4 試件w11-1、W11-2轉(zhuǎn)換梁端P-△滯回曲線

圖5 試件W11-1、W11-2轉(zhuǎn)換層的 曲線

3.4 剛度退化分析。試件W11-1、W11-2的 關(guān)系曲線如圖5所示。從圖5中可以看出，試件W11-2的剛度衰減趨勢整體上比W11-1快。試件W11-2在加載初期，側(cè)移剛度下降速度較快，此時(shí)正向加載曲線與反向加載曲線并不吻合，此后正向加載曲線與反向加載曲線吻合。而試件W11-1從一開始，正向加載曲線與反向加載曲線幾乎重合。

3.5 彈塑性變形及延性分析。試件各荷載點(diǎn)對應(yīng)的位移、延性系數(shù)及層間位移角如表1所示.。從表中可以看出，兩試件承載力極限位移延性系數(shù)均達(dá)到4.7以上，延性均較好。總體來說，試件W11-1在正、反向荷載作用下，位移延性系數(shù)較試件W11-2均勻。

結(jié)論。1.在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)注意加腋式和斜柱式兩種轉(zhuǎn)換形式破壞機(jī)制的不同。試件W11-1的最終以轉(zhuǎn)換梁混凝土壓碎而破壞，而試件W11-2最終以中間剪力墻混凝土被壓潰而破壞。分析其原因在于傳力方式的不同。中間墻肢在豎向荷載作用下，試件W11-2中有相當(dāng)部分荷載傳到轉(zhuǎn)換梁后直接由斜柱傳入下部框支柱，而在試件W11-1中荷載傳到轉(zhuǎn)換梁后通過轉(zhuǎn)換梁的受剪作用傳給框支柱。2.試件W11-2中間墻肢損傷較為嚴(yán)重，分析其原因在于中間墻肢沒有翼緣的幫助，其剛度比起左、右墻肢相對較弱。同時(shí)由于墻肢高度較小，寬度較大，在水平荷載作用下，其剪切效應(yīng)所占的成分大于彎曲效應(yīng)所占的成分。對于此種墻肢布置方式，要加強(qiáng)中間墻肢的抗剪設(shè)計(jì)，避免其發(fā)生剪切失效而使試件過早破壞。3.通過對兩個(gè)試件的承載能力、剛度退化、P-Δ滯回性能、延性及變形能力、耗能能力以及破壞機(jī)制等抗震性能參數(shù)的分析，可知兩試件均能滿足抗震設(shè)計(jì)對延性的要求，因此對于兩試件的墻肢布置方式，其抗震性能可以得到保證。

表1 轉(zhuǎn)換層位移、層間位移角及延性系數(shù)

[1]婁宇，魏璉，丁大均.梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中的一些問題探討[J].四川建筑科學(xué)研究，1996.No1.P7-11.

[2]李杰，肖建莊等.鋼筋混凝土異形柱結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2002.6.P7-12.

[3]建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程(JGJ101-96)[S].北京：中國工業(yè)建筑出版社，1997.1-88.

[4]張晉，呂志濤.短肢剪力墻—筒體結(jié)構(gòu)模型振動(dòng)臺試驗(yàn)研究[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2001.11:4-8.

[5]周麗.高層住宅建筑中短肢剪力墻的應(yīng)用[J].煤礦設(shè)計(jì)，2000.7:34-36.

[6]張?jiān)魄澹S東升.帶梁式轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的彈性靜力分析[D].南京航空航天大學(xué)，碩士論文.2006.

TU7

B