L型鋼焊接-混凝土組合剪力墻擬靜力試驗方案分析

(河北科技大學建筑工程學院 河北 石家莊 050000)

引言

隨著建筑結構高度的增加，水平作用的影響越來越大，出現了各種形式的剪力墻及其組成的筒體結構，其中包括雙鋼板-混凝土組合剪力墻。這種剪力墻結合了鋼板和混凝土各自的特點，承載能力高，延性好和橫向剛度大、能耗大。目前，國內外對雙鋼板-混凝土組合剪力墻的理論研究較多，但對試驗的設計方法報道較少。本文主要針對L型鋼焊接-混凝土組合剪力墻抗震性能試驗方案的系統概述。

一、試驗方案

(一)試件制作

在機加工車間首先將鋼板用折彎機折成四個尺寸為100×200mm和一個100×800mm的L型鋼板；運至施工現場將其焊接起來[1]，完成多腔鋼板的加工，然后完成混凝土的澆筑。焊接技術要點：下1個L型鋼的下端(長度為100mm的一側)焊接到上1個L型鋼的末端(長度為200mm的一側)，焊縫沿L型鋼的長度方向終結，以此類推，拼接成所需墻體的寬度；最后將100×800mm的L型鋼的末端(長度為800mm的一側)焊接到第1個L型鋼的上端(長度為100mm的一側)；100×800mm的L型鋼的上端(長度為100mm的一側)焊接到最后1個L型鋼的末端(長度為200mm的一側)，最后進行余下部分混凝土的澆筑。最終是一個帶隔板的一字型雙鋼板-混凝土組合剪力墻。

(二)試件設計

完成12個足尺模型試件試驗，試件均為四腔，截面尺寸為100mm×800mm，高度為1500mm。試件1為BASE構件，其他構件在試件1基礎上改變混凝土強度、剪跨比、鋼板厚度、鋼板強度等參數。

二、L型鋼焊接-混凝土組合剪力墻材性試驗

(一)鋼材材性試驗

根據《金屬材料室內拉伸試驗方法》[2]對鋼材進行拉伸試驗，并將試件的相同基材分別加工成標準拉伸試驗片，每種級別鋼材分別拉伸三個試件以獲得屈服強度、極限強度、伸長率等數據，將三個試件的拉伸數據平均值作為最終的數據。

(二)混凝土材性試驗

鋼板內混凝土等級為 C40和C60，根據《普通混凝土力學性能試驗方法標準》[3]的分別制作了3塊150mm×150mm×150mm立方體抗壓強度試塊、3塊100mm×100mm×300mm棱柱體抗壓強度試塊，在與試樣混凝土相同條件下養護28天后，測得其立方體抗壓強度和棱柱體抗壓強度，并將三個試樣的平均數據作為最終數據。

三、L型鋼焊接-混凝土組合剪力墻加載方案

(一)加載制度

試驗加載程序采用全位移加載制度,以屈服位移的倍數為增量循環兩次。加載制度為△y、1.5△y、2△y、2.5△y、直至加載至H/30，每級循環2次。

(二)測試內容及測點布置

1.測試內容

①加載點處水平方向的荷載和位移；②鋼板在剪力墻關鍵應力位置的應力分布；③沿剪力墻高度方向的水平位移；④剪力墻試件平面外側移。

2.測點布置

(1)位移計布置：

①為了獲得剪力墻基礎的滑移值，在底部基礎梁上設置一個水平位移計；②為了在加載試驗時消除底部基礎的旋轉，在試件兩側各設置一個垂直位移計；③為了獲得試件在墻體高度上的位移，在試件底部和加載梁底部各設置一個水平位移計；④為了在加載過程中量測試件可能出現的橫向位移和鋼板局部屈曲，應在試件中間和試件的對角線方向上設置四個側向位移計。

(2)應變花布置：

①按從右到左(或從左到右)的順序設置五5個三向應變花，各距離剪力墻底邊100mm、200mm、400mm；其中，在兩側邊緣約束構件上各設置一個三向應變花；②在垂直方向上按從底部到頂部(或從頂部到底部)的順序在剪力墻各側與三向應變花位置等高的地方設置四個單向應變花。

四、剪力墻抗震性能分析

(一)滯回曲線分析

由循環荷載作用得到的荷載-位移曲線就是滯回曲線。曲線越圓滑，封閉面積越大，元件的能量消耗能力越好，抗震性能越好；反之，曲線被夾緊越多，封閉面積越小，構件的抗震性能越差，則說明該構件抗震性能越差。繪制并進一步分析所有試件的滯回曲線。

(二)骨架曲線分析

連接滯回曲線的每級的峰值點數據得到骨架曲線。采用“幾何作圖法”方法確定構件的屈服點。

(三)承載能力分析

承載能力是評估構件強度最基本的指標。本文使用屈服承載力來評估構件的承載能力。由于材料的彈塑性發展，不同材料的屈服點不同，不同部位相同材料的屈服狀態也不同，因此很難確定骨架曲線的屈服點。通常采用以下三種方法[4]確定屈服點:幾何作圖法，R·Park法，等效面積法。

(四)變形能力分析

變形能力是指構件在破壞之前可以承受的最大水平位移。本文通過極限位移來反映的，極限位移點的確定方法有兩種：①取85%峰值荷載點，即 P=0.85Pmax對應的位移點；②當混凝土達到規定的極限壓應變值的位移點，混凝土的極限壓應變值一般為3×10-3～4×10-3。建議選用方法。

(五)延性分析

結構的延性是指結構屈服后，仍然存在較大的變形能力并且其承載力不會顯著降低。延性比指在保持結構基本承載能力情況下，極限變形△u與屈服變形△y的比值。

五、L型鋼焊接-混凝土組合剪力墻試驗總結

(1)分析在循環荷載作用下剪力墻試件的破壞過程及形態；

(2)通過參數化分析，比較分析不同參數對剪力墻抗震性能的影響；

(3)提出最優試件設計方案。