新型复合剪力墙轴心受压试验研究.pdf

文章编号:()收稿日期:基金项目:中国铁建股份有限公司科技研究开发计划项目()作者简介:应丹林()男浙江杭州人高级工程师主要从事建筑工程施工与管理方面的工作:.引文格式:应丹林王丛丛柳长欣 等.新型复合剪力墙轴心受压试验研究.铁道建筑技术():.新型复合剪力墙轴心受压试验研究应丹林 王丛丛 柳长欣 王玉良 曹智行(.中铁建设集团有限公司 北京 .天津城建大学土木工程学院 天津)摘 要:在国内外研究成果基础上提出一种新型复合剪力墙结构通过 个/比例缩尺剪力墙试件轴心受压试验对比分析其破坏形态和受力机理研究复合剪力墙结构夹于两侧钢筋混凝土结构层之间的保温层对复合剪力墙轴压性能的影响 试验结果表明:复合剪力墙结构在斜拉筋拉结作用下两侧结构层呈现出很好的协同工作能力在轴向压力作用下试件未出现分离鼓出现象能够较好抵抗轴压作用 无保温层的复合剪力墙结构得益于钢筋网架的套箍作用承重效果极佳 最后提出相应受压承载力计算公式并与实测值进行对比验证关键词:复合剪力墙 轴心受压试验 结构层 承载力公式中图分类号:.文献标识码:./.(.):./.:引言复合剪力墙(以下简称复合墙)是一种集保温与承重一体的新型墙体 通过斜拉筋焊接两侧钢筋网架中间夹以保温材料内外两侧浇筑等厚混凝土板而成具有抗震性能好、保温层与建筑结构同寿命等优点同时能够实现建筑材料防火向建筑结构防火的转变具有良好的推广和应用前景国外开展复合墙的研究较早 等对预制混凝土夹芯板进行全面测试研究 .等 对复合墙桁架连接方式进行全面研究 等对用桁架剪力连接件制成的预制混凝土夹心板进行物理力学计算分析并结合数理方程给出一套计算方法创造性地将芯板一分为二将刚度和弹性模量与两侧混凝土结构层相结合得到较精确的数值模拟结果.等对钢板组合剪力墙进行滞回性能试验研究根据试验结果比较其耗能、延性和刚度性能 等从破坏模式、滞回特性、刚度和残余变形四个方面分析了两种不同约束单元对剪力墙抗震性能和承载力的影响并计算其等效侧压力 潘鹏等通过钢丝网架水泥细石夹芯板水平承载力试验提出复合墙受剪承载力可以按照混凝土结构设计规范公式进行计算 李升才、张同亿等 对单片墙体偏压及复合墙抗震性铁道建筑技术 ()应丹林 等:新型复合剪力墙轴心受压试验研究能进行研究 郝贠洪等对中间设置保温层的复合墙体进行轴压性能试验 黄炜等对中高层装配式复合墙体抗震性能进行试验研究 陈伟等对夹芯墙板覆面冷弯薄壁型钢承重复合墙体进行受剪性能试验 叶继红等 对冷成型钢复合剪力墙进行振动台试验研究及耐火性能的研究 随着国家“四步节能”政策的执行以及避免出现热桥等要求的提出目前有很多方法可以有效解决热桥问题但现有复合墙结构形式不能满足使用要求 为此本文提出将复合墙中间保温层贯通并考虑增大其厚度、用 型筋代替边缘构件箍筋等构造措施设计 个/比例缩尺剪力墙试件对其轴心受压性能进行试验分析其破坏过程及破坏形态、荷载 位移曲线、荷载 侧向挠度曲线提出相应的受压承载力计算公式为复合墙理论研究与工程应用提供依据 试验概况.试件设计本试验所设计的 片复合墙试件为一批制作采用/比例缩尺模型编号分别为 其中、为钢筋网架实心剪力墙对比试件 为复合墙试件 试件基本参数如表 所示试件设计尺寸及配筋如图 所示 在试件顶部和底部分别设钢筋混凝土加载梁和基座梁复合墙和实心墙两者截面面积保持一致墙体净高为 墙体宽度为 其中墙体边缘构件长度均取为 边缘构件纵向钢筋配筋选用钢丝网采用直径为.冷拔低碳钢丝焊接而成斜插钢丝连接两片钢丝网片在墙体边缘用的 型钢筋代替箍筋 加载梁高 宽 长 主筋采用箍筋为基础梁高 宽 长 主筋为 箍筋试件混凝土采用自密实混凝土强度设计等级均为 实测混凝土的立方体抗压强度平均值为.钢筋的力学性能如表 所示图 试件几何尺寸及配筋(单位:)表 试件基本参数试件编号墙的规格墙的类型长 高/厚度/钢筋网片规格 型钢筋边缘约束构件纵筋配筋率/实心墙 .实心墙 .复合墙 .复合墙 .复合墙 .表 钢筋力学性能公称直径/抗拉强度/屈服强度/.加载装置与测试内容轴心受压试件采用微机控制电液伺服长柱压力试验机加载 试验加载装置如图 所示 试件安装就位时在其顶面和底面铺设细砂层以保证加载面的平整正式加载之前对试件进行预加载消除加载装置和试件接触面的间隙并检查全部量测仪表是否已进入正常工作状态 试件在轴心压力作用下的表面混凝土鼓出变形及平面外挠度用大标距电阻位移计测量 为测量试件轴向压缩位移在两侧加载梁端处各布置一个铁道建筑技术 ()应丹林 等:新型复合剪力墙轴心受压试验研究位移计为测量加载过程中轴心受压试件的挠度大小在试件两侧结构层中部位置及上下/高度处各布置 个位移计 同时为测量构件侧向位移在构件两侧布置 个位移计如图 所示图 试验加载装置及位移计布置 破坏形态及试验结果分析.破坏形态 片剪力墙的主要破坏形态如图 所示 个试件裂缝发展过程稍有差异但大体相同 在整个加载过程中试件的受力特性基本可以分为三个阶段:图 试件破坏形态()弹性阶段:当轴向荷载达开裂荷载之前荷载 位移曲线近似线性 在达开裂荷载后 和 墙体一侧墙顶角处均出现长度约为 的竖向裂缝随着荷载增大墙体两面微裂缝增多裂缝宽度开展约.沿墙高在墙体侧面宽度范围内出现很多竖向裂缝主要集中于保温层宽度范围继续加载保温层区域的竖向裂缝沿墙高方向几乎布满保温层区域裂缝宽度达.()发展阶段:随着竖向荷载增加 和 墙体侧面裂缝增多并延伸宽度不发生明显变化 墙体两侧结构层裂缝继续向墙底延伸裂缝宽度继续开展()破坏阶段:达到极限承载能力 和 最终破坏形态均为保护层混凝土剥离并有部分脱落墙顶沿墙高方向出现倒三角锥状劈裂墙体中部无明显鼓起现象下部无破坏墙体破坏呈现明显脆性破坏 最终破坏形态均为加载梁与墙体交界处混凝土压碎墙顶角出现劈裂裂缝两侧结构层沿高度方向出现混凝土剥离现象其破坏为正截面轴心受压破坏复合墙体各部分具有较好的协同工作性能.试验结果对比试件特征点数据汇总如表 所示表 对比试件特征点数据试件编号开裂荷载及相应应变值开裂荷载/钢丝应变/混凝土应变/破坏荷载及最大应变值破坏荷载/钢丝应变/混凝土应变/通过、与 对比可知:复合剪力墙的轴心受压承载力并未因实心墙拆为两片等厚复合墙而降低究其原因:()保温层放置在两侧墙片之间增加了墙体厚度减小了墙体长细比从而提高了稳定性()两片钢丝网对其所夹的核心混凝土具有一定“套箍”作用对实心剪力墙极限破坏承载力有明显增强作用.试件轴心受压性能分析.荷载 位移曲线 个试件在轴向均布荷载作用下的竖向压缩位移变化曲线如图 所示 在轴向力加载到约 之前各试件的位移变化不明显随轴向压力增加位移随荷载呈线性变化直至墙体破坏 曲线并未出现塑性水平段及下降段各试件在弹性阶段的终点处即发生破铁道建筑技术 ()应丹林 等:新型复合剪力墙轴心受压试验研究坏抗压刚度很大图 荷载 位移曲线.复合墙荷载 侧向挠度曲线复合墙在轴向均布荷载作用下的侧向挠度曲线如图 所示 复合剪力墙的钢筋混凝土结构层通过斜拉筋连接理论上斜拉筋是空间桁架结构中的腹杆只承受轴向拉压作用 由图 可知 片复合墙两侧结构层的侧向挠度曲线整体上呈现出较好的变化趋势一致性 在轴向荷载较小时 两侧结构层处于较小应力状态分别承受轴力作用斜拉筋受力并不大随轴向力增加两片结构层开始出现挠曲 图中曲线拐点可以看做斜拉筋开始起拉结作用此时复合墙整体刚度增加拐点后复合墙侧向挠度增加速率较之前变缓因此斜拉筋对复合墙的受压性能有较大影响在斜拉筋的拉结作用下两侧结构层能够协同工作共同抵抗轴向压力受压延性也较好图 荷载 挠度曲线.复合剪力墙板应力分布在钢筋网架、约束边缘构件以及墙体混凝土表面粘贴应变片以试件 为例进行分析如图 所示图 为同一结构层沿水平位置各钢丝网上主要测点的应变随轴向压力变化曲线 随着轴向均布荷载增加同一截面网架筋的应变趋势较一致 在轴向荷载达到 之前同一截面网架筋的应变曲线几乎重合继续增加荷载同一截面网架筋的应变出现差值为应力集中所致 图 为同一结构层边缘纵筋和对应位置网架筋的应变变化趋势 轴向荷载增加两者应变变化趋势较一致说明边缘纵筋和网架筋能够较好地协同工作 在底部两者的应变基本重合在中部网片筋的应变一直略大于边缘纵筋应变这是由于冷拔钢丝与混凝土之间的相互作用力小于带肋钢筋与混凝土之间的相互作用力而导致 图 为复合墙板两侧混凝土层对应位置网架筋应变变化 随着轴向压力增加两侧网架筋的应变较为接近表明两侧的网架钢丝能够较好地协同变形 中部挠曲影响最突出导致结构层并不能完全保持一致从而造成截面应力不同 图 为复合墙板两侧结构层对应位置的网架筋和混凝土应变变化趋势 可以看出随着轴向压力增加对应位置的网架筋和混凝土应变变化几乎一致 可见通过斜拉筋焊接的两侧钢筋网片和混凝土层能够协同工作 图、图 为边缘构件纵向钢筋应变和钢丝网架筋应变沿高度方向上的变化趋势 边缘纵筋绑扎在钢筋网片内侧在网片外侧用 型筋套住复合墙板的边缘随着轴向压力增加沿高度方向钢丝网和钢筋的应变变化趋势一致说明绑扎在钢筋网上的边缘纵筋和钢筋网协同工作能力较好铁道建筑技术 ()应丹林 等:新型复合剪力墙轴心受压试验研究图 钢筋应变变化 复合墙轴心受压承载力计算根据混凝土结构设计规范()轴心受压构件承载力计算公式复合墙轴心受压承载力公式取规范公式同时考虑复合墙结构的特殊性对折减系数进行调整 复合墙轴心受压承载力计算公式为:.()式中:为轴向压力承载力设计值.为折减系 为钢筋混凝土轴心受压构件稳定系数墙厚取两侧墙片厚度与保温层厚度之和为混凝土轴心抗压强度设计值 为构件混凝土截面面积为纵向钢筋的抗压强度设计值为全部纵向钢筋的截面面积(含钢筋网钢筋)复合墙轴心受压承载力计算实测值与计算值对比如表 所示 各墙体实测值与公式计算结果相近并且比值均大于 说明可以用于复合剪力墙轴心受压承载力设计计算表 复合剪力墙轴心受压承载力计算试件编号实测值/计算值/实测值/计算值 .结论()墙体破坏均为脆性破坏最终的破坏形态为保护层混凝土发生剥离但钢丝网架始终未暴露墙体沿高度方向未发生大面积劈裂破坏()复合剪力墙的钢筋混凝土结构层在斜拉筋的拉结作用下能很好地抵抗轴向压力作用实心剪力墙与复合剪力墙在破坏过程及破坏形态上趋于一致从复合剪力墙轴向承载力角度保温层的存在并未对复合剪力墙的轴压性能造成影响()复合剪力墙轴心受压承载力计算公式可以采用混凝土结构设计规范()规定的轴心受压构件承载力计算公式的基本形式但公式中的折减系数应修改为.参考文献 .():.():.():.():.():.():.潘鹏钱稼茹潘振华等.钢丝网架水泥细石夹芯板水平承载力试验研究及简化计算方法.建筑结构():.李升才.复合墙板轴心受压试验研究.华侨大学学报():.李升才.带框复合墙体恢复力模型研究.建筑结构学报():.张同亿于庆荣吴敏哲等.复合墙板承载力的试验研究.建筑结构():.张同亿吴敏哲于庆荣.轴向压力对复合墙板抗震性能的影响.西安建筑科技大学学报():.郝贠洪徐惠子李佳奇等.中间设置保温层复合墙体轴压性能试验研究.建筑结构学报():.黄炜张敏宋林等.中高层装配式复合墙体抗震性能试验研究.华中科技大学学报(自然科学版)():.陈伟叶继红许阳.夹芯墙板覆面冷弯薄壁型钢承重复合墙体受剪试验.建筑结构学报():.叶继红江力强.装配式多层冷成型钢复合剪力墙结构分层次振动台试验研究.建筑结构学报():.叶继红陈文文.真实火灾下足尺冷成型钢复合剪力墙结构耐火性能试验研究.建筑结构学报():.吕修峰.装配式轻质混凝土外墙挂板施工技术研究.铁道建筑技术():.铁道建筑技术 ()