外包鋼板—混凝土組合連梁試驗研究（I）：抗震性能

聶建國，胡紅松

目的：在對外包鋼板—混凝土組合剪力墻研究的基礎上，進而提出外包鋼板—混凝土組合聯肢剪力墻結構體系。該體系中的連梁也采用外包鋼板的形式，內部澆筑混凝土。剪力墻和連梁的結構形式類似，因此容易實現兩者剛度、承載力和變形能力的匹配，而且連接構造簡單。針對6根外包鋼板—混凝土組合連梁試件開展試驗，研究外包鋼板—混凝土組合連梁的破壞機制、滯回特性、承載力、變形能力、剛度退化和承載力退化規律、耗能能力等。方法：試驗共設計了6根試件。試件的中部為連梁，兩側為墻肢，兩端的端板上開有螺栓孔，用于與加載裝置相連。試件的連梁寬度和墻肢厚度均為150 mm，連梁的高度為300 mm。試件變化的主要參數為連梁跨度和鋼板厚度。通過改變連梁跨度和鋼板厚度，進而改變連梁的受彎承載力與受剪承載力的比值。試驗采用擬靜力加載方式。在連梁上端側向位移達到位移控制加載的位移Δinc之前，采用力控制加載，分3級施加，每級循環1次。當連梁上端側向位移達到Δinc后，改用連梁上端側向位移控制加載，每級循環2次。當連梁剪力下降到最大剪力的85%以下時，停止試驗。通過對試驗現象與量測數據的分析，研究該種組合連梁的破壞機理、滯回特性、承載力和耗能能力等。結果：連梁鋼板的破壞包括連梁端部鋼板的開裂和鋼板的局部屈曲。試件承載力的下降主要由梁端鋼板的開裂和裂口擴展引起。所有試件的連梁鋼板開裂后，裂口迅速擴展，在鋼板開裂或開裂后的下一級位移循環時荷載達到峰值。連梁鋼板的局部屈曲分為連梁端部鋼板的受壓局部屈曲和鋼腹板的剪切局部屈曲。局部屈曲的發生和形態主要受鋼板厚度、連梁的跨高比和鋼板開裂的影響。所有試件的內填混凝土均未發生明顯的受壓破壞。混凝土的開裂程度與裂縫分布與外部鋼板的變形程度相一致。采用連梁鋼腹板無對接焊縫構造試件的變形能力明顯優于連梁鋼腹板有對接焊縫構造試件的變形能力。所有試件的滯回曲線飽滿，具有穩定的耗能能力。試驗結果表明，按照試件的變形能力由大到小排序依次為CFSCB-1，CFSCB-3，CFSCB-4，CFSCB-2，CFSCB-5，其連梁峰值荷載點的弦轉角Rm，極限狀態時的弦轉角的范圍分別為 0.0106～0.0295 rad，0.0193～0.0370 rad。采用連梁鋼腹板無對接焊縫構造試件 CFSCB-6的變形能力明顯優于其他試件的。所有試件的轉角延性系數在2.29～3.47之間，屈服荷載與峰值荷載的比值在 0.82～0.91之間。各試件極限狀態時與屈服點的剛度比值KU/Ky的比值較為接近，在0.29～0.41之間。在試件屈服前（包括屈服），各試件的承載力基本沒有退化，該階段的連梁鋼板也未出現開裂。從屈服點到峰值荷載點階段，各試件的承載力出現了一定的退化，該階段各試件的最小承載力退化系數在0.88～0.96之間。從峰值荷載點到極限狀態點，承載力退化非常明顯，該階段各試件的最小承載力退化系數在0.70～0.92之間。結論：連梁鋼板的破壞包括鋼板的局部屈曲和梁端部鋼板的開裂。采用連梁鋼腹板無對接焊縫構造試件的連梁變形能力明顯優于連梁鋼腹板有對接焊縫構造試件的變形能力。所有試件的滯回曲線飽滿，具有穩定的耗能能力。因此，具有合理連接構造的外包鋼板—混凝土組合連梁具有較大的變形能力和耗能能力，能夠用于連接超高層建筑中的外包鋼板混凝土組合剪力墻。

來源出版物：建筑結構學報, 2014, 35(5): 1-9

入選年份：2015