高轴压比下钢管高强混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

通过在约束边缘构件位置和截面中部设置多根钢管,形成了一组不同钢管布置形式的钢管高强混凝土组合剪力墙。通过对8片剪跨比为2.08的剪力墙试件在高轴压比（0.40~0.62）下的低周往复加载试验,研究其破坏形态、承载力、变形能力、滞回性能等。试验结果表明：试件的破坏形态为压弯作用下的受弯破坏,墙体根部混凝土压溃范围为整个试件宽度和300~400mm高度,钢管与混凝土之间没有出现明显的黏结滑移;在峰值荷载前,试件的截面应变分布基本符合平截面假定;与钢筋混凝土剪力墙相比,设置钢管后在轴向压力最大增加19%的情况下,受弯承载力提高了21%~43%,试件的屈服位移角达到1/300,峰值荷载时位移角不低于1/100,极限位移角达到1/75,个别试件接近1/40,变形能力提高了约30%,试件的滞回性能明显改善,表明所设计的钢管高强混凝土剪力墙具有良好的抗震性能和抗倒塌能力。     

高轴压比下钢管混凝土矮墙抗震性能试验研究

为了提高矮墙的轴向稳定性以及侧向变形能力,在墙体中部布置多根钢管,形成钢管混凝土矮墙的形式。通过对5片剪跨比为0.95的矮墙试件在高轴压比(0.5)下的拟静力试验,研究了其承载力、变形能力、破坏形态、滞回耗能等抗震性能,并给出了内部钢筋与钢管应变。主要设计参数为钢管布置、轴压比、抗剪件类型以及钢管间连接。试验结果表明：钢管混凝土矮墙在峰值荷载之前呈现明显的剪切受力状态,腹板上布满大量剪切裂缝;峰值荷载之后损伤集中于钢管部位,形成开缝墙的受力模式,侧向变形能力得到明显提升;加载结束时墙体腹板混凝土剥落,但墙体仍然具有很好的竖向与侧向稳定性。墙体的峰值位移角约为1/290~1/106,极限位移角达到1/70,并且滞回性能明显改善,表明钢管混凝土矮墙具有良好的抗震性能和抗倒塌能力。     

间隔钢管混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

间隔钢管混凝土组合剪力墙是一种新型抗侧力构件,其施工方便、布置灵活,具有良好的经济效益和工程应用价值。为研究轴压比对这种新型抗侧力构件的抗震性能的影响,对3个不同轴压比的足尺四管间隔钢管混凝土组合剪力墙试件进行水平低周反复加载试验,观察组合剪力墙破坏特征和破坏过程,得到组合剪力墙的滞回曲线、骨架曲线、承载力和刚度退化、延性、耗能能力等抗震性能指标。结果表明:组合剪力墙的破坏形式均为受压区钢管内混凝土压溃和钢管壁凸屈,缀板与钢管连接区域撕裂;随着轴压比增大,组合剪力墙的刚度和承载力增大,延性降低,与轴压比为0的组合剪力墙相比,轴压比为0.4的剪力墙承载力提高25%,延性降低19%;组合剪力墙的位移延性系数在2.401～3.479之间,极限位移角在1/40～1/34之间,等效黏滞阻尼系数达到0.15,整体抗震性能良好。     

高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点抗震性能试验

为了研究高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点的抗震性能,按照现行规范设计了3个强柱弱梁型复式钢管混凝土外环板节点试件,进行了低周往复加载试验,研究其在高轴压比下的破坏形态、承载能力、变形能力以及耗能能力等。结果表明:增加水平环板的宽度可以有效提高节点的延性;锚固腹板加肋可以增加梁柱连接节点的初始刚度,增强节点的整体性,从而提高节点的承载能力和耗能能力;节点试件的破坏表现为钢梁翼缘首先发生屈服,随着水平荷载加大,试件同时出现梁端塑性铰和柱端塑性铰的破坏形态,锚固腹板加肋和水平环板加宽的试件在加载后期出现明显的柱端压弯破坏,各节点核心区应力较小,基本处于弹性阶段,因此高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点可实现强节点要求,但不能满足“强柱弱梁”的抗震设防要求。     

钢管高强混凝土组合柱抗震性能试验研究

为研究钢管高强混凝土组合柱的抗震性能,完成了10个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为轴压比和配箍特征值,探讨了组合柱在反复水平荷载作用下的破坏形态、滞回特性、位移延性、耗能比、截面应变分布和承载力等受力性能。试验结果表明:10个试件的破坏形态为柱根部混凝土压溃而丧失竖向承载力,力-位移滞回曲线饱满,位移延性系数在4.0以上,极限位移角大于1/40,以耗能比表示的耗能能力接近。用平截面假定和叠加法计算得到的试件在轴压力作用下的正截面承载力与试验结果符合较好,《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(CECS 188:2005)方法计算的正截面承载力偏小较多。     

高轴压比纵肋叠合混凝土剪力墙抗震性能试验研究

纵肋叠合剪力墙结构是一种新型的装配整体式混凝土叠合剪力墙结构,预制墙板构件底部设有空腔,顶部伸出封闭环状钢筋,上下层墙板纵筋在底部空腔搭接传力。墙板构件的边缘构件通常采用预制,现场安装完成后形成叠合边缘构件,同时,为方便墙板构件调平及增加墙体整体性,墙板构件底部与楼板之间设有5cm后浇层。为研究带叠合边缘构件及底部后浇层的纵肋叠合剪力墙的抗震性能,对高轴压比的足尺剪力墙试件进行低周往复荷载试验,对比参数包括剪跨比、构造形式、轴压比。试验结果表明,轴压比不超过0.6时,纵肋叠合剪力墙无论采用全预制方式还是预制现浇结合的方式,其受力性能均与现浇剪力墙大致相同,边缘构件采用叠合构造是可行的,底部后浇层对墙体受力性能无影响,可按与现浇结构相同的方法进行此类纵肋叠合剪力墙结构及构件的设计。     

两层带水平缝钢管混凝土剪力墙抗震性能试验研究

设计3个两层单跨缩尺比为1∶.3的带水平缝钢管混凝土剪力墙,对其进行拟静力试验,其中2个组合剪力墙按“强剪弱弯”设计,1个按“强弯弱剪”设计,剪跨比均为1.55,分析结构的承载力、破坏机理、滞回性能、刚度退化、延性及耗能能力等。试验结果表明：钢管混凝土暗柱和剪力墙竖向接合面连接可靠,底层钢管出现局部屈曲;组合剪力墙正截面承载力中绝大部分由钢管混凝土暗柱承担,约占底部弯矩75%;组合剪力墙的极限位移角大于1/100,带水平缝组合剪力墙滞回曲线饱满,无明显“捏拢”现象。给出了无轴压力作用下钢管混凝土剪力墙正截面承载力计算方法,其计算值与试验值吻合较好。      

高轴压比钢骨混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究高轴压比钢骨混凝土剪力墙的抗震性能,完成了6片剪跨比为2.43、轴压比试验值为0.33~0.35的钢筋、钢骨和钢管混凝土剪力墙试件的往复水平力加载试验。试验表明:试件的纵筋和钢骨(钢管)受压屈服先于受拉屈服。试件的破坏形态为底部混凝土压碎剥落,约束边缘构件内的纵筋和钢骨(钢管)压曲,试件丧失竖向承载力。钢骨和钢管提高了试件的正截面承载力,且随位移增大试件能稳定地保持最大承载力。配置工字钢、槽钢和方钢管的试件的极限位移角为1/73~1/59,与钢筋混凝土试件基本相同;配置圆钢管的试件的极限位移角达1/44,墙端约束边缘构件配置圆钢管对提高高轴压比剪力墙的变形能力有显著作用。根据试验结果,提出了高轴压比钢骨混凝土剪力墙屈服、承载力极限状态和变形极限状态的截面应变、应力分布,建立了正截面承载力的计算式和顶点水平位移计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出一种适用于超高层建筑底部楼层的钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙,通过5个剪跨比为2.5的一字形截面组合剪力墙试件的拟静力试验,研究组合剪力墙的抗震性能。试验结果表明：试件的破坏形态为压弯破坏,墙底部边缘构件矩形钢管管壁和钢板鼓曲、钢管断裂、混凝土压溃;矩形钢管混凝土约束边缘构件沿墙肢长度显著影响试件的变形能力和耗能能力;钢板含钢率基本不影响试件的变形能力;矩形钢管混凝土边缘构件内设置圆钢管可提高试件承载力,但对其变形能力影响不大。矩形钢管混凝土约束边缘构件沿墙肢长度为0.2倍墙截面高度、设计轴压比为0.45时,组合墙试件的屈服位移角不小于0.005 rad、极限位移角可达0.030 rad。提出组合墙正截面承载力的计算式,计算结果与试验值吻合较好,误差小于10%。     

新型钢管混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出在普通钢筋混凝土剪力墙的边缘构件和截面中部配置多根钢管的新型钢管混凝土组合剪力墙形式,完成了2个新型钢管混凝土组合剪力墙试件和1个普通钢筋混凝土剪力墙试件在高轴压比下的低周反复加载试验,研究其破坏形态、承载力、变形能力、刚度、滞回耗能、应变分布等抗震性能。结果表明,试件的破坏形态为压弯破坏,钢管的加入减轻了墙底混凝土和钢筋的破坏程度,限制了剪切斜裂缝的发展;新型钢管混凝土组合剪力墙试件的承载力比普通钢筋混凝土剪力墙试件提高25%左右;峰值位移角为1/100~1/75,极限位移角达到1/50,极限变形能力比普通钢筋混凝土墙提高30%左右。新型钢管混凝土组合剪力墙试件的滞回曲线比较饱满,刚度和强度退化过程比较平缓。总体来看,新型钢管混凝土组合剪力墙具有较好的抗震性能,其抗弯承载力可以按普通钢筋混凝土剪力墙进行计算,但将钢管等效为钢筋参与计算,结果过于保守,应适当考虑钢管对混凝土的约束作用。     

高轴压比下中高剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

通过对4片高轴压比、中高剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙的拟静力试验,研究该类组合剪力墙在低周往复水平荷载作用下的受力性能和破坏模式,分析其延性、刚度、承载力、耗能等性能指标,以及剪跨比、轴压比、距厚比（栓钉间距与钢板厚度之比）等因素对其抗震性能的影响。试验结果表明：中高剪跨比试件的破坏模式为压弯破坏;墙体钢板随距厚比的增加更易发生局部屈曲;试件轴压比越大,压屈越明显、屈曲范围越接近试件底部、屈曲发展越迅速;试件刚度和极限荷载受轴压比、距厚比的影响较小,但变形能力随轴压比的增大而降低;试件剪跨比越大、轴压比越小,滞回性能越稳定;试件耗能随变形增大而迅速增长,抗震性能良好。     

双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出一种新型的配置L形拉结件的双钢板-混凝土组合剪力墙。通过两组共6个双钢板-混凝土组合剪力墙试件的拟静力试验,对此新型组合剪力墙的抗震性能进行了研究。试件改变参数主要为轴压比和连接件间距,在试验的基础上对试件的破坏形态、承载能力、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线等进行分析。试验研究表明：L形拉结件的配置既能增强外包钢板对核心内混凝土的约束作用又能抑制外包钢板的屈曲,充分保证了外包钢板和混凝土之间的协同工作,此新型组合剪力墙具有较高的承载力,较好的延性及耗能能力。在达到峰值荷载之前,墙体钢板未发生明显的局部屈曲变形,最终组合剪力墙均因端柱屈曲拉裂而开始破坏;破坏时极限位移角的平均值为1/58;随着距厚比减小,试件的水平承载力和延性系数均显著提高。     

冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙受剪性能试验研究

通过7个冷弯薄壁型钢混凝土(CTSRC)剪力墙的拟静力水平往复试验,研究了其破坏过程和破坏模式,分析了混凝土强度、剪跨比、轴压比、水平分布筋和竖向型钢量等参数对其受剪性能的影响。试验结果表明：随着水平配筋率、轴压比和混凝土强度的增加受剪承载力提高;随着剪跨比提高,墙体受剪承载力降低;轴压比增加可提高墙体刚度,推迟墙体裂缝的出现,但不利于墙体延性;增加水平配筋可使墙体峰值后的承载力保持稳定。研究表明：CTSRC剪力墙与传统钢筋混凝土剪力墙的破坏特征和受力性能不同,在水平力作用下将出现沿冷弯薄壁型钢的竖向裂缝,经历整体墙到分缝墙的演变,避免了脆性剪切破坏。通过合理设计,CTSRC剪力墙可实现正常使用阶段有较高的刚度、峰值后有较好的延性、破坏时仍具有较高的竖向承载能力的目标。     

一字形型钢高强混凝土短肢剪力墙抗震性能试验研究

对6片一字形型钢高强混凝土短肢剪力墙试件进行低周反复荷载试验,研究不同型钢配置形式、不同轴压比的型钢高强混凝土短肢剪力墙的承载力、滞回特性及破坏机理。试验结果表明：格构式配钢试件和实腹式配钢试件的破坏过程相近,试件内置实腹式钢板较好地抑制了斜裂缝的发展;轴压比对两种配钢形式试件的承载力和延性影响规律一致,即随着轴压比的提高,试件承载力提高而延性下降;格构式配钢试件承载力比实腹式配钢试件略高,但实腹式配钢试件的延性更好。根据试验结果,提出型钢高强混凝土短肢剪力墙承载力计算式,与试验结果对比表明两者吻合较好。     

钢框架内填预制带竖缝钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为改进钢框架内填预制带竖缝钢筋混凝土剪力墙的抗震性能,将耳板引入钢框剪与内填墙的连接中。通过2个两层单跨缩尺比为1∶3的钢框架内填预制带竖缝钢筋混凝土剪力墙模型试件的拟静力试验研究,考察了耳板连接的可靠性和内填墙裂缝的开展与结构变形能力,分析了结构的破坏机理、滞回性能、刚度退化、变形及延性和耗能能力等。试验结果表明：抗剪连接件(U形筋)在梁柱节点上下耳板的连接处未发生破坏,耳板连接具有可靠的工作性能;钢框架带竖缝剪力墙结构具有良好的延性,平均位移延性系数大于3;内填墙的承载力由竖缝根部的剪切破坏控制。     

钢板混凝土组合剪力墙轴压比影响研究

钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能与轴压比关系密切。采用Marc有限元软件对不同轴压比的钢板混凝土组合剪力墙进行了弹塑性分析,以考察轴压比对钢板混凝土组合剪力墙的抗侧刚度、滞回性能、耗能能力、变形能力以及承载力的影响,并对其分析模型进行了试验验证。研究结果表明：钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力随轴压比变化,当轴压比为0.4时,承载力达到最大值;当轴压比在0.2～0.4范围时,钢板混凝土组合剪力墙变形能力最大,耗能能力最强;当轴压比超过0.6时,其变形能力下降,延性减小,耗能能力减弱;轴压比对钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度有一定影响,伴随着往复加载,墙体抗侧刚度不断减小。研究中为了验证有限元分析结果的可靠性,进行了钢板混凝土组合剪力墙压弯受力缩尺模型试验。有限元数值模拟结果与缩尺模型试验结果比较接近,而按照JGJ 138-2012《组合结构设计规范》（报批稿）和纤维模型计算得到的钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力偏于保守。为了保证钢板混凝土组合剪力墙良好的抗震性能,在实际工程中构件的轴压比设计值不宜过高。