盧成龍

(貴陽(yáng)市建筑設(shè)計(jì)院有限公司，貴州貴陽(yáng) 550006)

0 引言

鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件是結(jié)構(gòu)重要抗側(cè)力構(gòu)件，其在地震、強(qiáng)風(fēng)等動(dòng)力作用下的安全性能直接影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全?；炷辆哂械湫偷膽?yīng)變率敏感性，其強(qiáng)度、剛度等性能隨應(yīng)變率的不同而變化。然而，在我國(guó)現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中并未考慮應(yīng)變率對(duì)混凝土本構(gòu)關(guān)系以及構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的承載力、變形性能、耗能能力及破壞模式的影響。因此，考慮應(yīng)變率影響的鋼筋混凝土剪力墻動(dòng)力行為研究顯得尤為重要，國(guó)內(nèi)外也進(jìn)行了一些相關(guān)課題的研究［1-7］。本文進(jìn)行了兩片鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件的加載試驗(yàn)研究，對(duì)比了在單調(diào)快速加載作用和靜載作用下鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件的力學(xué)性能。

1 鋼筋混凝土剪力墻試驗(yàn)構(gòu)件

本文試驗(yàn)研究中在實(shí)驗(yàn)室共澆筑了兩片鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件，構(gòu)件編號(hào)分別為S1和S2，兩片墻的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。在試驗(yàn)時(shí)，為了突出考慮加載速率因素的影響，所澆筑的兩片剪力墻構(gòu)件除加載速率參數(shù)不同外，其余的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)均相同。鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件如圖1所示。

表1 鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件的設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件示意圖及實(shí)物圖

2 加載裝置及加載制度

本文試驗(yàn)研究中采用的加載裝置如圖2所示。在試驗(yàn)過(guò)程中，將試件固定后，采用液壓千斤頂施加軸向力。為了保證施加軸力后構(gòu)件的側(cè)向位移不受約束，在液壓千斤頂上設(shè)置了滑車裝置。按圖3所設(shè)計(jì)的加載制度，通過(guò)Shenck作動(dòng)器給構(gòu)件施加側(cè)向位移。鋼筋混凝土剪力墻快速加載試驗(yàn)屬于動(dòng)力加載試驗(yàn)，為了在試驗(yàn)中能較好的控制加載過(guò)程，本文采用位移控制的加載制度，在每一工況下的加載速率保持恒定。試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)水平荷載降低到峰值荷載的85%以下時(shí)，停止加載。試驗(yàn)加載制度具體如圖4所示。

圖2 加載裝置示意圖及實(shí)物圖

3 試驗(yàn)量測(cè)內(nèi)容

試驗(yàn)中主要測(cè)量了剪力墻頂部加載端的側(cè)向水平力、側(cè)向位移，剪力墻的軸向壓力，剪力墻的鋼筋應(yīng)變和混凝土應(yīng)變。剪力墻頂部加載端的側(cè)向水平力、側(cè)向位移由德國(guó)Shenck電液伺服系統(tǒng)采集，采集的數(shù)據(jù)可得出試驗(yàn)構(gòu)件的單調(diào)曲線。剪力墻的軸向壓力由靜態(tài)應(yīng)變儀通過(guò)100 t壓力傳感器來(lái)測(cè)量。為了考察剪力墻構(gòu)件破壞區(qū)的非線性發(fā)展過(guò)程，本試驗(yàn)在剪力墻破壞區(qū)及其他位置布置了相應(yīng)的鋼筋應(yīng)變片和混凝土應(yīng)變片，鋼筋與混凝土應(yīng)變片布置如圖4所示。試驗(yàn)中應(yīng)變片數(shù)據(jù)由江蘇東華公司生產(chǎn)的DH5920動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀采集。

根據(jù)試驗(yàn)量測(cè)到的數(shù)據(jù)，可以得到剪力墻構(gòu)件的單調(diào)曲線以及應(yīng)變時(shí)程曲線等。利用得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步分析剪力墻在各種加載工況下的力學(xué)性能。

圖3 剪力墻構(gòu)件的加載制度

圖4 剪力墻構(gòu)件鋼筋與混凝土應(yīng)變片布置

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 最終破壞形態(tài)

由采集得到的鋼筋與混凝土應(yīng)變時(shí)程曲線的彈性階段可得出兩個(gè)剪力墻構(gòu)件的應(yīng)變率數(shù)量級(jí)分別為10-5/s(S1)和10-3/s (S2)，表明試驗(yàn)的加載速率符合靜載和地震作用下的鋼筋混凝土構(gòu)件的加載速率要求。本文試驗(yàn)中，兩片鋼筋混凝土剪力墻的破壞形態(tài)呈剪彎型，都是由于受拉鋼筋首先屈服，而導(dǎo)致受壓區(qū)混凝土壓潰的破壞模式，試件最終的破壞形態(tài)如圖5所示。擬靜力加載試件最終破壞時(shí)在暗柱區(qū)的水平裂縫的條數(shù)比快速加載試件裂縫開(kāi)展條數(shù)多，裂縫間距較密集。

圖5 試件最終破壞形態(tài)

4.2 荷載—位移曲線

試件的荷載—位移曲線如圖6所示?？焖偌虞d試驗(yàn)構(gòu)件的承載力比擬靜力加載試驗(yàn)構(gòu)件有所提高，在本文的加載速率范圍內(nèi)，提高的幅度不是很大，極限位移略低。構(gòu)件彈性剛度與強(qiáng)化剛度略微增大，單調(diào)曲線增大的趨勢(shì)則較為明顯，與此同時(shí)，構(gòu)件的強(qiáng)化段相應(yīng)變短?？焖偌虞d試驗(yàn)構(gòu)件的骨架曲線在構(gòu)件承載力下降段比擬靜力加載試驗(yàn)構(gòu)件的略陡，延性降低。S1構(gòu)件的極限承載力為196.6 kN，S2構(gòu)件的極限承載力為214.5 kN。

圖6 鋼筋混凝土剪力墻試件的單調(diào)曲線

5 結(jié)語(yǔ)

在試驗(yàn)室完成了兩片鋼筋混凝土剪力墻的加載試驗(yàn)研究，分析了加載速率對(duì)構(gòu)件承載力，變形以及破壞形態(tài)的影響，通過(guò)試驗(yàn)研究得到以下結(jié)論:

1)按本文設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)的兩片鋼筋混凝土剪力墻試件，其最終的破壞模式與加載速率無(wú)關(guān)，都呈剪彎型破壞模式;2)快速加載作用下剪力墻構(gòu)件的承載力比擬靜載作用下高，但是快速加載作用下構(gòu)件具有更為明顯的脆性;3)擬靜載時(shí)，剪力墻構(gòu)件最終破壞時(shí)裂縫開(kāi)展的條數(shù)比快速加載作用下多，裂縫間距較為密集。

［1］ Reinhardt HW.Testing and monitoring techniques for impact and impulse loading of concrete structures.In：Concrete Structures under Impact and Impulsive Loading.Berlin，1982.

［2］ A.Suzuki，J.Mizuno，I.Matsuo，et al.Effects of loading rate on reinforced concrete shear walls：Part 2 Dynamic properties of concrete.International conference on earthquake resistant engineering structures，Catania，Italie，2001.

［3］ J.Mizuno，I.Matsuo，A.Suzuki，et al.Effects of loading rate on reinforced concrete shear walls：Part 3 High speed loading tests of reinforced concrete shear walls and FE simulation analyses.International conference on earthquake resistant engineering structures，Catania，Italie，2001.

［4］ 蔣歡軍，呂西林.一種耗能剪力墻結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法［J］.力學(xué)季刊，2002，23(1)：93-98.

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