再生混凝土矮剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究

陳麗君， 周 安，2， 陳麗華，2， 柳炳康，2， 高斌斌

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 土 木與水利工程學(xué)院，安徽 合 肥 230009；2.安徽土木工程結(jié)構(gòu)與材料省級實(shí)驗(yàn)室，安徽 合 肥 230009）

隨著中國建筑業(yè)的快速發(fā)展，建筑廢物的排放量日益增加，其中廢棄混凝土約占建筑垃圾總量的1／3［1］，對大量混凝土進(jìn)行循環(huán)再生利用即再生混凝土技術(shù)通常被認(rèn)為是解決廢混凝土問題的最有效措施［2］。我國關(guān)于廢棄混凝土再生利用的研究起步比較晚，目前，已經(jīng)有一些學(xué)者和科研人員做了一些相關(guān)的研究和探索，主要集中在對再生骨料基本性能的研究［3－9］。而對再生混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的研究相對較少［10－13］。

鋼筋混凝土剪力墻由于具有較好的水平和豎向承載能力而在我國的高層建筑中廣泛應(yīng)用，成為最有效的抗側(cè)力構(gòu)件。本文通過對再生混凝土矮剪力墻的抗震性能試驗(yàn)，參考相關(guān)理論和規(guī)范［14－17］，分析了在不同軸壓比的作用下，矮剪力墻的破壞形態(tài)、承載能力、延性、剛度和耗能性能情況。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

試件的詳細(xì)尺寸和配筋如圖1所示。

圖1 試件尺寸及配筋

試驗(yàn)設(shè)計(jì)了3個(gè)再生混凝土矮剪力墻試件，試件編號分別為SW1－1、SW1－2、SW1－3，所有試件的尺寸型號和配筋情況均相同，取代率均為100%，高寬比為1.0，墻厚130mm，墻寬1 050mm，墻高1 050mm，墻體水平分布筋和豎向縱筋均為A6＠160，配筋率為0.26%，且3個(gè)試件邊緣均設(shè)暗柱，其截面為120mm×160mm，主筋為B10，箍筋為A6＠150。

試件均采用C30的混凝土同期澆注，墻體混凝土力學(xué)性能如下：彈性模量Ec＝3.04×105MPa，立方體抗壓強(qiáng)度fc＝35MPa。鋼筋力學(xué)性能見表1所列。

表1 鋼筋力學(xué)性能 MPa

1.2 加載方案

對各剪力墻均采用低周反復(fù)加載進(jìn)行抗震性能試驗(yàn)研究，在施加水平荷載前首先施加穩(wěn)定的豎向荷載，使剪力墻SW1－1、SW1－2、SW1－3的軸壓比分別為0.1、0.2、0.3，然后擬采用荷載－位移混合控制加載方式施加往復(fù)水平荷載。試件屈服前采用荷載控制，荷載較小時(shí)，每級荷載循環(huán)1次，試件接近屈服時(shí)，每級荷載循環(huán)2次；試件屈服后改用位移控制，控制位移取試件屈服時(shí)位移的整數(shù)倍逐級循環(huán)，每級循環(huán)3次，直至試件承載力下降到峰值的85%時(shí)停止加載。

試驗(yàn)加載裝置如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)裝置

2 試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)破壞過程

3個(gè)試件的破壞形態(tài)如圖3所示。

（1）SW1－1。第 1 級 水 平 荷 載 從 峰 值±40kN開始反復(fù)加載，第2級峰值為±60kN，第3級峰值為±80kN，依此類推逐級加載。當(dāng)水平推力為120kN時(shí)，墻體一側(cè)暗柱底部出現(xiàn)第1道水平裂縫，當(dāng)水平推力為160kN時(shí)，墻體水平裂縫增多，并不斷發(fā)展。到200kN時(shí)，墻體出現(xiàn)斜裂縫，且試件進(jìn)入屈服階段，此時(shí)的位移為5mm，此后改用位移控制。取控制位移基數(shù)為δ＝4mm，當(dāng)4δ＝16mm時(shí)，墻身1／2高度出現(xiàn)更多的交叉斜裂縫，并不斷向墻體底部延伸，主裂縫基本形成。當(dāng)8δ＝32mm時(shí)，第1個(gè)循環(huán)加至30mm時(shí)，主裂縫開展迅速，墻角酥化，混凝土剝落嚴(yán)重，承載力急劇下降，停止加載。試件最終破壞形態(tài)如圖3a所示。

（2）SW1－2。第 1 級 水 平 荷 載 從 峰 值±60kN開始反復(fù)加載，其后取峰值為±80kN、±100kN，依此類推逐級反復(fù)加載。當(dāng)水平推力為160kN時(shí)，墻體一側(cè)暗柱底部出現(xiàn)第1道裂縫，隨著峰值荷載的不斷增加，墻體端部沿高度逐漸出現(xiàn)新的裂縫，并不斷向斜下方發(fā)展。水平荷載加至260kN時(shí)，試件出現(xiàn)屈服征兆，此時(shí)的位移為5.97mm，此后改用位移控制。取控制位移基數(shù)為δ＝5mm，當(dāng)2δ＝10mm，墻體出現(xiàn)2道明顯的對角斜裂縫，且原有裂縫迅速開展。當(dāng)3δ＝15mm時(shí)，主裂縫開展至墻體底部。當(dāng)4δ＝20mm時(shí)，墻角開始酥化。當(dāng)5δ＝25mm時(shí)，墻角酥化嚴(yán)重，墻體的承載能力迅速下降，試驗(yàn)停止。

試件最終破壞形態(tài)如圖3b所示。

（3）SW1－3。初始加載方案同SW1－2，當(dāng)水平推力為250kN時(shí)，墻體一側(cè)暗柱底部出現(xiàn)第1道水平裂縫，當(dāng)荷載加至300kN時(shí)，墻體已出現(xiàn)多道水平裂縫并不斷開展。當(dāng)水平荷載為340kN時(shí)，原有裂縫開展迅速，試件進(jìn)入屈服階段，此時(shí)的位移為6.13mm，此后轉(zhuǎn)為位移控制。取控制位移基數(shù)為δ＝6mm，當(dāng)位移為2δ＝12mm時(shí)，墻體出現(xiàn)2道由暗柱頂部向下開展的對角斜裂縫，且開展較快，形成主裂縫。當(dāng)3δ＝18mm時(shí)，主裂縫開展迅速，第2個(gè)循環(huán)時(shí)，墻角混凝土出現(xiàn)剝落。當(dāng)4δ＝24mm時(shí)，在第1個(gè)循環(huán)加至23mm時(shí)，墻角酥化，混凝土嚴(yán)重剝落，墻體承載能力急劇下降，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。試件最終破壞形態(tài)如圖3c所示。

圖3 試件破壞形態(tài)

從3個(gè)試件的破壞形態(tài)可以看出，軸壓比越大，剪力墻的承載能力越大，但在達(dá)到極限承載能力之后荷載－位移曲線下降得越快，說明試件的延性越差。

2.2 延性分析

各剪力墻實(shí)測控制點(diǎn)的荷載、位移及位移延性值見表2所列。其中Fc、Fy、Fd分別為試件開裂荷載、屈服荷載、極限荷載，uc、uy、ud分別為試件的開裂位移、屈服位移、極限位移，所有的位移值均取與荷載作用點(diǎn)同一高度處的位移；μ＝ud／uy為墻體的位移延性系數(shù)。由表2可以看出：隨著墻體軸壓比的增大，墻體的開裂荷載、屈服荷載、極限荷載均不斷提高，但是延性系數(shù)降低，延性變差。

表2 試件荷載－位移控制點(diǎn)實(shí)測值及位移延性

2.3 剛度分析

各剪力墻剛度實(shí)測值及剛度衰減系數(shù)見表3所列。其中Ko、Kc、Ky分別為試件的初始剛度、開裂剛度與屈服剛度；βco＝Kc／Ko，表示試件從初始彈性到開裂的剛度衰減系數(shù)；βyo＝Ky／Ko，表示試件從初始彈性到屈服的剛度衰減系數(shù)；βyc＝Ky／Kc，表示試件從開裂到屈服的剛度衰減系數(shù)。從表3的數(shù)據(jù)可以看出：

（1）各試件的初始彈性剛度隨著軸壓比的增大而增大。

（2）各試件在開裂時(shí)剛度退化不明顯，且SW1－2與SW1－3從開裂到屈服階段剛度衰減均比較小，說明軸壓比較大時(shí)，試件在屈服之前剛度穩(wěn)定性較好，有利于抗震。

表3 試件剛度實(shí)測值及衰減系數(shù)

2.4 滯回曲線

3個(gè)試件實(shí)測的“F－u”滯回曲線如圖4所示。對比3個(gè)試件滯回曲線可知：SW1－1滯回曲線最飽滿，延性與耗能性比較好，而SW1－3滯回曲線最捏攏，承載能力最高，但是延性與耗能性比較差；隨著軸壓比的增大，3個(gè)試件脆性破壞的特征值逐漸明顯。

圖4 試件的滯回曲線

2.5 骨架曲線

3個(gè)試件實(shí)測的“F－u”骨架曲線如圖5所示，從圖5中可以看出，隨著軸壓比的增大，試件的承載能力不斷增大，但在達(dá)到峰值之后承載力下降加快。3個(gè)試件在屈服至位移角為1／100前，延性均比較好，SW1－2與SW1－3屈服至位移角為1／50時(shí)，水平荷載比較接近，且3個(gè)試件承載力均迅速下降，此為規(guī)范對彈塑性位移角的最大限值。

圖5 F－u骨架曲線

2.6 耗能能力

3個(gè)試件在低周反復(fù)加載過程中的耗能值見表4所列。

表4 3個(gè)試件的耗能能力 J

由表4對比可知，在同等位移循壞的過程中，隨著軸壓比的增大，試件的耗能能力略有提高，但是總耗能能力卻明顯下降。

3 結(jié) 論

本文通過對3個(gè)再生混凝土矮剪力墻在低周反復(fù)加載作用下的試驗(yàn)現(xiàn)象及試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出結(jié)論：隨著軸壓比的增大，剪力墻的承載力增大，但延性和耗能能力降低；初始剛度不斷增大，且屈服剛度退化不大；剪力墻呈更加明顯的剪切破壞形態(tài)，在屈服之后，脆性特征明顯，不利于抗震。故再生混凝土矮剪力墻在軸壓比較小的情況下抗震性能較好。

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