不同框格形式密肋复合墙体抗震性能对比分析

类别编号 SW6( 标准墙体 ) SW5 变框格形式 ( 三肋柱 ) SW12 变框格形式 ( 五肋柱 ) 1. 4 1. 4 1. 4 尺寸 / m 框梁 1. 375 1. 375 1. 375 0. 1 0. 1 0. 1 50 50 50 外框、 肋格尺寸 / mm 框柱 100 100 100 肋梁 40 40 40 肋柱 40 40 40 框梁 4 6 4 6 4 6 外框钢筋 框柱 4 6 4 6 4 6 箍筋 4@ 100 4@ 100 4@ 100 肋梁 4 4 4 4 4 4 肋格钢筋 肋柱 4 4 4 4 4 4 箍筋 2@ 100 2@ 100 2@ 100
图 3 SW6 破坏过程图 在弹性阶段 , 墙板中砌块出现少 数微裂缝 , 肋梁、 肋柱中 无裂缝出现。此时墙体作为一个整体受力 构件 , 复合墙板与 外框变形协 调 , 其 力学 性 能可 视为 一 种复 合材 料 等效 弹性 板。弹塑性阶段 , 砌块中微裂缝发展 加宽 , 随着荷载增 加 , 裂 缝呈 45 不断延伸至肋梁、 肋柱当中 , 砌 块中出现 较多交叉裂 缝。此时可 把框格中的砌块等效为斜压 杆。破坏阶段 , 砌块 破坏非常严重 , 墙体最终退化成仅由肋 格和外框 组成的纯框 架 , 此时的墙体作为密肋复合墙结构的 主要抗侧 受力构件已 经失 效 , 但仍可以承 担全部 的竖 向荷载 , 具 有良 好的抗 倒塌 能力。最后 随着 受压 侧 边框 柱混 凝 土压 碎 , 受 拉侧 钢 筋拉 断 , 此时试验结束。
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试验简介
试件的设计与制作
本次试验共选试件 14 块 , 为研 究框 格形 式对 密肋 复合
墙体的抗震 性能 的 影响 , 本 文 着重 分析 五 肋柱 密肋 复 合墙 体、 标准密肋复合 墙体及 三肋 柱密肋 复合 墙体 , 如 图 1, 表 1 所示。为了对比各 个不同 框格 形式 的密肋 复合 墙体抗 震性 能 , 本次试验中各个试件模型缩尺比例为 1/ 2, 墙体尺寸及轴 压比选取均相同。 即在相 同尺 寸墙 体耗材 基本 相同的 前提 下 , 改变控制因素 , 研究其 对墙 体受 力和各 项抗 震性能 的影 响。
图 2 试验加载装置图
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加载制度
于弯、 剪、 压复 合受力 状态 , 加之 材料复杂 性与砌 块、 框格及 外框 的相互嵌套较为复杂 , 从而引起墙 体的破坏形 式也较为 复杂。本文通过试验现 象研究 , 将墙体 的破坏模式 分为剪切 型破 坏和弯曲型破坏。
本次试验采取低周反复加载方案 , 竖载通过 千斤顶加在 分配梁上 , 经二次分 配后加 在肋 柱上 ; 竖向 稳定 后加 水平荷 载 , 水平荷载通过反力墙 , 借助液压作动器 对墙体顶部 施加 , 水平荷载每级 20 kN , 每 级循 环一 次 , 试件屈 服后 , 以 相同位 移循环一次 , 此后用位移控制 , 每级循环三次直至破坏。
Comparative Analysis on Seismic Performance of Multi ribbed Composite Walls with Different Frame -lattice Forms
CHENG Xiao - feng, YAO Qian -feng, HUANG Wei, HOU Li na
第2期
成晓峰 , 等 : 不同框格形式密肋复合墙 体抗震性能对比分析
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图1
变框格墙板示意图
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加载设备及加载制度
试验装置及设备 试验装置及设备如图 2 所示。 利用安装在反力墙 上的液 压伺 服作动 器在 墙体 顶部施
加水平荷载 ; 竖向荷 载通过 千斤 顶加 载在分 配梁 上 , 经过二 次分配后 , 加载于墙 体顶部 暗梁 上 ; 为防止 墙体 发生 平面外 失稳 , 在墙体两侧设置侧向支撑。 表 1 密肋复合墙体试件的设计
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引
言
的试 验 , 通过分析不同框格形式的密肋 复合墙体各 个抗震性 能指 标以及破坏模式 , 得出框格对密肋 复合墙体抗 震性能的 影响 。
密肋复合墙结构是一种轻质、 高 强、 节 能、 抗 震的建筑结 构新体系 , 此种结构的复合墙板是以截 面及配筋 较小的钢筋 混凝土为肋格 , 内嵌 以炉渣、 粉 煤灰 等工业 废料 为主 要原料 的加气硅酸盐砌块 ( 或 其它 具有一 定强 度的轻 质骨 料 ) 预制 而成的。 一方面 , 墙板中 砌块与 肋格 共同工 作 , 砌块 受到肋 格的 约束 , 加强 肋又 受到 块体 的反 约束 , 两 者相 互作 用、 共 同受 力 , 充分发挥各自性能 ; 另一方面 , 墙板 与隐形框 架整浇为一 体 , 形成具有共同工作性能的增强 复合墙体 [ 1] 。 其主要优点 为施工工艺简单、 速度快、 便于工厂装配式制作。 影响密肋复合墙体抗震性能的因素很 多 , 其 中墙板中的 框格形式对密肋复合墙体的承载力、 延性、 耗能能力、 破坏模 式、 及变形能力会产生较明显的影响 。本文结合 课题组前期
( 西安建筑科技大学 土木工程学院 , 陕西 西安 710055)
摘 要 : 密肋复合墙体结构是近年来出现 的一种 建筑结 构新体 系 , 具 有多方 面的优 点 。 结合课 题组前 期的 3 块不同框格形式 ( 三肋柱复合墙体 、 标准复 合墙体 、 五肋柱复 合墙体 ) 1/ 2 比例的密 肋复合 墙体低 周反复试验结果 , 通过对其承载力 、 延性 、 耗能能力 、 滞回曲 线 、 骨 架曲线 及破坏模 式等抗 震性能 进行了 对比分析 。 结果表明 : 由于五肋柱复合墙体发生弯曲 型破坏 , 外框柱 过早破 坏退出 工作 , 而三肋 柱复合 墙体与标准复合墙体均发生剪切型破坏 , 砌块 、 墙板 、 外框依次 发生破 坏 , 两 者之间 相比较 , 标准 复合墙 体抗震性综合比较要好于三肋柱复合墙体 。 试验结果可为实际工程中墙板设计及制作提供理论依据 。 关键词 : 密肋复合墙体 ; 低周反复试验 ; 破坏模式 ; 框格形式 ; 抗震性 能 中图分类号 : TU352. 11 文献标识码 : A 文章编号 : 1672 1144( 2010) 02 0016 04
2. 2
弯曲型破坏[ 3]
SW12 在破坏过程 中其 弹性 阶段、 弹 塑性 阶段 和破 坏阶
段区 分并不明显。 弹性阶段 , 墙板与外框变形协调水利与建筑工程学报 量滑 移而破坏。属于不利的弯曲型破坏见图 4。
第8卷
砌块与框格中剪切斜裂缝分布均匀且细小 ; 弹塑 性阶段和破 坏阶段区别并不明显 , 继续 加载 时 , 砌块中 的裂 缝延 伸至肋 梁、 肋柱当中。墙体中肋梁、 肋柱和连接柱 中钢筋没有 屈服 , 而受拉边框柱上水平裂缝分布均匀 , 基本贯穿 整个截面。墙 体的破坏以外框柱的拉压破坏为主 , 表 现为受拉 边框柱纵筋 达到屈服 , 受压 边框 柱脚混 凝土 压碎、 钢筋 屈服 [ 4] 。表 明墙 体的边框柱主要承担弯矩作用。
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剪切型破坏[ 2]
经试验观 察发现 : SW6 与 SW5 在破 坏过 程比 较相近 , 现
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墙体破坏过程及破坏模式
密肋复合墙体在水平与竖向荷载的共 同作用下 , 始终处
用 SW6 加以说明。SW6 破坏过 程中弹性阶段、 弹塑性阶段与 破坏 阶段各个阶段表现较为明显 , 其破 坏过程各个 阶段的试 验现 象如图 3 所示。
2. 3
破坏模式的对比分析
( 1) 由于墙体 SW5 、 SW6 中的墙板 与外框 刚度之 比相对 图 4 弯曲型 破坏示意图
较小 , 在水平荷载作用 下 , 破坏 过程按 照 砌 块 - 肋梁、 肋柱 - 外框柱 的顺序依 次发挥 主导 作用 , 这样 相当 墙体 具有多 道抗震防线 [5] , 属于有利的 强柱弱板 型剪切破坏。 (2) 由 于墙 体 SW12 中的 墙板 与 外框 刚 度 之比 相 对较 大 , 在水平荷载作用下 , 墙板几乎不发生明 显破坏 , 而外框柱 先于墙板在柱脚处无征兆地发生拉压破坏 , 外框 柱底受拉区 钢筋屈服直至破坏 , 同时 , 外框 柱底 受压区 混凝 土出 现部分 压碎现象 ; 最后在墙体底部锚接处形成 一条沿墙 底方向的剪 切薄弱面 , 反复荷载 的作用 下 , 墙体 底部的 水平 抗剪 面积越 来越小 , 剪切摩擦条 件不断 恶化 , 最 终沿这 个水 平面 出现大
第 8 卷第 2 期 20 10 年4 月
水利与建筑工程学报
Journal of Water Resources and Architectural Engineering
Vol. 8 No. 2 Apr . , 2 0 10
不同框格形式密肋复合墙体抗震性能对比分析
成晓峰, 姚谦峰, 黄 炜, 侯莉娜
收稿日期 : 2009 -12 -28 修回日期 : 2010 -01 -01 基金项目 : 国家 十一五 科技支撑项目子课题 ( 2008BAJ08B011 -03) ; 陕西省 13115 项目 ( 2008ZDKG -76) 作者简介 : 成晓峰 ( 1984 ) , 男 ( 汉族 ) , 陕西咸阳人 , 硕士研究生 , 主要从事新型结构体系的抗震性能研究。
( College of Civil Engineering, Xi an University of Architecture and Technology , Xi an, Shaanxi 710055, China)
Abstract: According to different frame - lattice forms, the multi ribbed composite walls can be mainly classified as the three - rib columns, standard columns and five -rib columns. Combined with the studying team s previous test results of these three kinds of 1/ 2 - scaled multi ribbed composite walls under low - frequency cyclic loading, the seismic performances of the walls such as bear ing capacity, ductility, energy dissipation capacity, hysteretic curves, outline curves and failure modes are comparatively ana lyzed. The test results can be concluded as follows: as the bending failure and outside frame columns earlier failure occur in the multi ribbed composite wall with five -rib columns, the wall would retreat from the work earlier than two others while they have shearing - failures and failures of filled blocks, wall slabs and outer frames in turn. Compared with the composite wall of three - rib columns, the standard composite wall s comprehensive seismic performance is better. The experimental results can provide the theoretical basis for the design and making of wall slabs in the practical engineering. Keywords: multi ribbed composite wall; low - frequency cyclic test; failure mode; frame - lattice form; seismic perfor mance