祝彥艷

(煙臺(tái)市建筑設(shè)計(jì)研究股份有限公司，山東煙臺(tái)264000)

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是一種新型的建筑結(jié)構(gòu)形式。由于其建筑功能、工程造價(jià)均比較合理，近年來在我國得到了廣泛地應(yīng)用和發(fā)展。短肢剪力墻為異型柱和一般剪力墻的過渡形式，有其固有的特性。由于傳統(tǒng)觀念上短肢剪力墻抗震性能較差，使得該結(jié)構(gòu)在高烈度區(qū)域應(yīng)用不多?？拐鹨?guī)程中的相關(guān)規(guī)定是建立在少量結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和高烈度地區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多基礎(chǔ)上的，缺乏系統(tǒng)、深入的研究和實(shí)際強(qiáng)震的考驗(yàn)。

國內(nèi)外對(duì)該類結(jié)構(gòu)體系的理論和實(shí)驗(yàn)研究主要以結(jié)構(gòu)的整體性能分析為主。本文基于1/2比例實(shí)體模型試驗(yàn)從細(xì)部出發(fā)，對(duì)個(gè)體構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)，從更加細(xì)觀的方面得到短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的破壞規(guī)律，并針對(duì)其破壞特點(diǎn)，提出一些有益建議。

圖1 L形截面試件配筋

1 模型設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了4個(gè)1/2縮尺比例的L形截面短肢剪力墻構(gòu)件模型，試件縱向高度為1.4m，截面厚度為100mm，按墻截面的高厚比為5∶1、8∶1確定試件的截面高度。為模擬實(shí)際整體結(jié)構(gòu)中樓板對(duì)試件的約束作用，同時(shí)方便水平荷載和豎向軸壓荷載的加載，試件端頭范圍內(nèi)做成矩形。端部矩形塊內(nèi)有兩層鋼筋網(wǎng)，以提高局部抗壓能力;為防止側(cè)面局部混凝土被壓碎，加放10mm厚的鋼板，以提高混凝土的局部承載力。試件都采用細(xì)石混凝土澆筑，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40，實(shí)測混凝土的力學(xué)性能見表1，試件截面參數(shù)及配筋見圖1。其中，L500表示試件為L形截面，截面高厚比為5，其它試件編號(hào)以此類推。所有試件的箍筋和拉結(jié)筋均為4鋼絲。鋼筋的力學(xué)性見表2。

試驗(yàn)?zāi)Ｐ胃魑锢砹拷?jīng)無量綱化后其相似關(guān)系為:幾何尺寸，l=1/2;位移，u=1/2;轉(zhuǎn)角，θ=1，鋼筋面積:As=1/4;荷載，p=1/4;彎矩，M=1/8;應(yīng)力，σ=1;應(yīng)變，ε=1;彈性模量，E=1。

表1 混凝土實(shí)測的力學(xué)指標(biāo)

表2 鋼筋實(shí)測的材料性能指標(biāo)

2 試驗(yàn)加載

本試驗(yàn)采用低周反復(fù)加載，加載裝置為100t電液伺服作動(dòng)器配合反力支架進(jìn)行豎向與水平雙向加載。水平荷載由往復(fù)作動(dòng)器提供，水平加載點(diǎn)位于墻體頂部加載中心。將水平連接裝置固定在加載梁上，再將作動(dòng)器后端固定在反力墻上，作動(dòng)器前端與水平連接裝置相連。通過水平裝置給試件施加推拉往復(fù)水平荷載。豎向荷載由豎向油壓千斤頂提供。

在試驗(yàn)時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)的軸壓比施加相應(yīng)豎向荷載，并保持不變，然后施加往復(fù)的水平荷載，采用荷載和位移混合控制方式，試件屈服前采用荷載控制，并根據(jù)預(yù)算的荷載值調(diào)整荷載的級(jí)差，屈服后采用位移控制加載，按屈服位移的一倍循環(huán)加載，每一級(jí)位移循環(huán)3次，直至試件破壞或荷載下降至最大荷載的85%左右為止。

用水平裝置進(jìn)行加載時(shí)，L型短肢剪力墻構(gòu)件沿工程軸方向加載。加載方向如圖2所示，加載時(shí)先施加推力，用‘+’表示，再施加拉力，用‘－’表示，如此往復(fù)進(jìn)行加載。加載示意圖見圖3。其中，D為屈服位移，F(xiàn)r為開裂荷載，F(xiàn)y為屈服荷載。

圖2 試件加載方向

圖3 加載示意

3 試驗(yàn)現(xiàn)象

4個(gè)試件在力控制階段，推進(jìn)方向時(shí)均在腹板處產(chǎn)生首條裂縫，且裂縫幾乎為水平。隨著載荷的增加，腹板產(chǎn)生多條新裂縫，原裂縫也沿水平方向開始延伸。載荷繼續(xù)增加，腹板繼續(xù)產(chǎn)生多條新裂縫，與水平方向約成45°夾角，載荷繼續(xù)增加推進(jìn)方向屈服。在位移控制階段，腹板繼續(xù)產(chǎn)生新裂縫，與水平方向約成60°夾角。隨著循環(huán)位移的加大，在腹板底部邊緣開始產(chǎn)生豎向短裂縫，混凝土有被壓酥的跡象。之后腹板產(chǎn)生多條新裂縫，與水平方向大約成130°夾角，并且原有裂縫開始向翼緣延伸，延伸方向與水平方向成約150°夾角，然后拉方向開始屈服。之后在推拉各自方向位移控制時(shí)，腹板中下部裂縫加寬，寬度最大達(dá)到2mm左右，腹板底部邊緣混凝土有少量剝落。再后，腹板底部邊緣混凝土被壓酥，腹板中下部裂縫進(jìn)一步加寬，翼緣產(chǎn)生多條新裂縫，并與腹板的裂縫形成貫穿裂縫，腹板底部邊緣混凝土有少量剝落，腹板中下部裂縫進(jìn)一步加寬，局部寬度達(dá)到2.5mm左右，腹板產(chǎn)生多條新裂縫，與水平方向成60°左右夾角，腹板底部25cm以下混凝土被嚴(yán)重壓酥并且大量剝落，鋼筋外露并彎曲，隨后承載力大幅下降，構(gòu)件破壞。構(gòu)件典型破壞現(xiàn)象如圖4所示。

圖4 試件破壞裂縫

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 滯回曲線

四片L形截面的鋼筋混凝土短肢剪力墻試件在低周反復(fù)水平荷載作用的荷載位移滯回曲線如圖5所示。

圖5 滯回曲線

通過對(duì)比分析，它們存在以下特點(diǎn):滯回曲線呈現(xiàn)出一頭大一頭小的不對(duì)稱形狀。這是由于在反復(fù)荷載作用下，由于翼緣和腹板在正負(fù)兩個(gè)方向力作用下的剛度退化程度不同，試件的水平力作用方向不同，其承載能力和變形也不同，翼緣位于受拉區(qū)時(shí)試件的承載力高于翼緣受壓時(shí)的承載力。隨著試件剪跨比的減小、軸壓比的提高，短肢剪力墻的延性明顯下降、耗能能力變差。剪跨比較大、軸壓比較低時(shí)，如試件L500－1(剪跨比為2.8，軸壓比為0.2)，其滯回曲線呈現(xiàn)比較豐滿，曲線的下降段也比較平緩，表明其耗能和構(gòu)件的延性較好。當(dāng)試件截面剪跨比較小，軸壓比較高時(shí)，如試件L800－1(剪跨比為1.75，軸壓比為0.2)，其滯回曲線變?yōu)楹哪芴匦院懿畹姆碨形，構(gòu)件屈服后很快達(dá)到其極限強(qiáng)度，延性很差，在荷載的數(shù)次反復(fù)作用后，斜裂縫反復(fù)張開、閉合，曲線的下降段比較陡峭，剛度嚴(yán)重退化，滯回曲線“捏攏”現(xiàn)象明顯。

4.2 應(yīng)變分析

鋼筋和混凝土應(yīng)變數(shù)據(jù)直接反映了結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。同軸壓比下不同剪跨比構(gòu)件的腹板底部截面縱筋的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系如圖6。

從圖中可以加載初期試件各點(diǎn)應(yīng)變較好地符合平截面假定，試件開裂后，當(dāng)有裂縫發(fā)展延伸到應(yīng)變片位置時(shí)，之后的應(yīng)變片數(shù)據(jù)就遭到破壞而失真。剪跨比大的試件更好地符合了平截面假定，這應(yīng)該是因?yàn)榧艨绫刃〉脑嚰艿搅艘欢ǖ募羟凶冃蔚挠绊?。從圖6中可以看出L形截面短肢剪力墻截面應(yīng)變基本符合平截面假定。

5 結(jié)論

本文基于4片L形截面的鋼筋混凝土短肢剪力墻在低周反復(fù)水平荷載作用下的試驗(yàn)，研究了鋼筋混凝土短肢剪力墻的破壞現(xiàn)象和延性，得到了以下結(jié)論及建議。

圖6 縱筋應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系

(1)短肢剪力墻按截面高厚比的定義，一般屬于中高剪力墻，其破壞模式隨剪跨比的減小和軸壓比的提高從彎曲破壞漸變?yōu)閺澕羝茐?，試?yàn)中剪跨比大于2的試件其破壞模式為彎曲破壞，剪跨比小于2的試件其破壞模式為彎剪破壞，但破壞仍是受彎曲承載力控制，隨軸壓比的增大，只是加重了試件的剪切損傷，反向加載時(shí)剪切損傷更明顯。

(2)隨軸壓比的增大試件的正向極限承載力增加明顯，由于腹板端部混凝土容易壓碎，和反向加載時(shí)剪切破壞成分的加大，反向極限承載力在截面高厚比較大的試件隨軸壓比增大反而減小，隨軸壓比的增大，試件的延性減小，反向加載時(shí)由于試件是由于腹板混凝土壓碎而破壞的，其延性下降特別明顯，故建議對(duì)L形截面短肢剪力墻宜按照腹板受壓方向，也即其延性最不利方向來控制其軸壓比限值。

(3)短肢剪力墻從彈性階段進(jìn)入塑性階段后，由于應(yīng)力重分布，截面翼板上正應(yīng)力分布更不均勻，剪滯效應(yīng)明顯，其最大正應(yīng)力出現(xiàn)位置隨著反復(fù)的水平加載會(huì)出現(xiàn)變動(dòng)。所以短肢剪力墻務(wù)必使截面留有應(yīng)力重分布的空間，避免構(gòu)件因應(yīng)力集中而提前破壞，又能保證翼板的大部份截面隨著塑性變形的發(fā)展能漸次發(fā)揮其全部的承載能力。

(4)L形截面短肢剪力墻不小于裂縫間距量測的混凝土應(yīng)變和鋼筋的平均應(yīng)變基本能符合平截面假定，故對(duì)帶翼緣短肢剪力墻的計(jì)算分析可近似采用平截面假定進(jìn)行簡化計(jì)算。

L形截面短肢剪力墻的破壞薄弱處均為腹板無翼緣支撐一側(cè)的下部，且均屬于彎剪破壞。因此，此處范圍內(nèi)應(yīng)合理調(diào)整截面配筋，并適當(dāng)加強(qiáng)此處的縱向配筋率，加大斜裂縫頂部混凝土壓區(qū)高度;或是在此處加設(shè)暗柱或型鋼來提高薄弱面受力性能，使得整體構(gòu)建承載力增大，同時(shí)也會(huì)使翼緣得到充分發(fā)揮。試件破壞時(shí)在腹板面上形成很多剪刀式長裂縫，可以通過在對(duì)角線加交叉鋼筋的方法來提高抵抗破壞的能力。

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