第 9 卷 第 4 期 2014 年 12 月 震 灾 防 御 技 术 Technology for Earthquake Disaster Prevention Vol. 9, No. 4 Dec., 2014 杨 兴 民, 程 焕 英, 张 建 伟, 邢 民, 曹 万 林,2014. 带 斜 筋 单 排 配 筋 L 形 截 面 剪 力 墙 的 非 工 程 方 向 抗 震 性 能. 震 灾 防 御 技 术,9(4): 872 881.doi:10.11899/zzfy20140415 带 斜 筋 单 排 配 筋 L 形 截 面 剪 力 墙 的 非 工 程 方 向 抗 震 性 能 1 杨 兴 民 1) 程 焕 英 2) 张 建 伟 2) 邢 民 1) 曹 万 林 2) 1) 中 国 中 建 设 计 集 团 有 限 公 司, 北 京 100037 2) 北 京 工 业 大 学 建 筑 工 程 学 院, 北 京 100124 摘 要 带 斜 筋 单 排 配 筋 混 凝 土 剪 力 墙 结 构 是 为 取 代 粘 土 砖 多 层 住 宅 结 构 而 发 展 起 来 的 一 种 新 型 多 层 混 凝 土 结 构, 其 经 济 性 合 理, 抗 震 性 能 优 于 传 统 的 砌 体 结 构 为 进 一 步 充 分 了 解 其 抗 震 性 能, 开 展 该 新 型 结 构 体 系 中 L 形 截 面 剪 力 墙 的 非 工 程 轴 方 向 抗 震 性 能 试 验 研 究 进 行 1 个 单 排 配 筋 混 凝 土 L 形 截 面 剪 力 墙 和 1 个 带 斜 筋 的 单 排 配 筋 混 凝 土 L 形 截 面 剪 力 墙 低 周 反 复 荷 载 试 验, 对 比 分 析 其 破 坏 特 征 滞 回 特 性 耗 能 能 力 承 载 力 延 性 刚 度, 并 利 用 ABAQUS 软 件 进 行 非 线 性 有 限 元 分 析, 探 究 斜 筋 对 其 抗 震 性 能 的 影 响 研 究 结 果 表 明, 在 非 工 程 轴 方 向, 带 斜 筋 单 排 配 筋 L 形 截 面 混 凝 土 剪 力 墙 的 抗 震 性 能 优 于 不 带 斜 筋 的 剪 力 墙 关 键 词 : 斜 筋 单 排 配 筋 L 形 截 面 剪 力 墙 非 工 程 轴 抗 震 性 能 引 言 在 多 层 住 宅 结 构 中, 传 统 的 粘 土 砖 砌 体 结 构 因 毁 坏 农 田 而 受 到 限 制, 近 年 发 展 的 空 心 砌 块 砌 体 结 构 因 容 易 出 现 热 裂 渗 透 等 问 题 ( 周 强 等,2010; 王 爱 民 等,2002), 推 广 应 用 较 困 难 钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构 住 宅 室 内 房 间 布 置 不 灵 活 漏 梁 漏 柱 房 间 不 规 整 ( 曹 万 林 等,2002); 轻 型 钢 结 构 住 宅 造 价 相 对 较 高, 且 防 火 性 和 耐 久 性 较 差 ( 彭 晓 彤 等,2005), 因 此 以 上 两 种 结 构 不 易 被 广 泛 接 受 而 钢 筋 混 凝 土 剪 力 墙 结 构 住 宅 应 用 普 遍, 建 筑 设 计 布 置 灵 活, 抗 火 性 能 耐 腐 蚀 性 能 和 抗 震 性 能 优 良, 受 到 设 计 人 员 和 用 户 的 青 睐 但 现 有 的 钢 筋 混 凝 土 剪 力 墙 结 构 设 计 方 法 主 要 适 用 于 10 层 和 10 层 以 上 或 高 度 超 过 28m 的 高 层 民 用 建 筑, 按 照 这 种 方 法 设 计 多 层 住 宅 剪 力 墙 住 宅 造 价 偏 高, 且 施 工 企 业 资 质 要 求 较 高, 不 利 于 在 经 济 条 件 相 对 薄 弱 的 广 大 小 城 镇 地 区 推 广 应 用, 不 利 于 通 过 限 制 粘 土 砖 住 宅 结 构 来 保 护 耕 地 的 发 展 目 标 实 现, 因 此 有 必 要 发 展 施 工 方 便 造 价 低 廉 易 于 推 广 抗 震 防 火 性 能 优 良 的 新 型 节 能 多 层 住 宅 结 构 体 系 为 适 应 这 样 的 需 求, 笔 者 所 在 课 题 组 研 发 了 单 排 配 筋 混 凝 土 剪 力 墙 多 层 节 能 住 宅 结 构, 该 结 构 与 聚 苯 外 保 温 体 系 和 半 免 拆 模 网 施 工 技 术 相 结 合, 实 现 了 节 能 与 降 1 基 金 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (51378029); 中 国 建 筑 股 份 有 限 公 司 科 技 项 目 (CSCEC-2011-Z-16) [ 收 稿 日 期 ] 2014-04-06 [ 作 者 简 介 ] 杨 兴 民, 男, 生 于 1979 年 高 级 工 程 师, 博 士 主 要 从 事 工 程 结 构 设 计 和 抗 震 研 究 E-mail: yang.xingmin@cscec.com
4 期 杨 兴 民 等 : 带 斜 筋 单 排 配 筋 L 形 截 面 剪 力 墙 的 非 工 程 方 向 抗 震 性 能 873 低 施 工 难 度 及 造 价 的 目 标, 墙 体 厚 度 仅 为 140mm, 提 高 了 建 筑 的 使 用 面 积 率, 抗 震 性 能 优 于 砌 体 结 构, 可 在 高 烈 度 抗 震 设 防 区 应 用, 性 价 比 较 好, 易 于 被 用 户 接 受 ( 张 建 伟 等,2009a; 2009b; 张 彬 彬 等,2011) 为 在 保 持 低 配 筋 量 的 情 况 下, 进 一 步 提 高 其 抗 震 性 能, 可 在 单 排 配 筋 混 凝 土 剪 力 墙 中 设 置 斜 筋, 增 强 其 基 底 抗 剪 切 滑 移 能 力, 提 高 其 抗 震 耗 能 能 力 为 此, 笔 者 开 展 了 较 系 统 的 带 斜 筋 单 排 配 筋 剪 力 墙 多 层 住 宅 结 构 抗 震 性 能 研 究 工 作, 本 文 介 绍 其 中 的 L 形 截 面 剪 力 墙 非 工 程 轴 方 向 的 抗 震 性 能 研 究 结 果 1 试 验 设 计 设 计 2 个 L 形 截 面 混 凝 土 剪 力 墙 模 型, 试 件 墙 肢 高 度 均 为 1500mm, 墙 厚 为 140mm, 墙 体 配 筋 率 为 0.25%, 混 凝 土 强 度 设 计 等 级 为 C20, 实 测 立 方 体 抗 压 强 度 为 22.76MPa 2 个 试 件 的 编 号 为 SWL-2 和 SWLX-2, 其 中 SWL-2 为 普 通 单 排 配 筋 混 凝 土 剪 力 墙 ;SWLX-2 为 带 斜 筋 单 排 配 筋 混 凝 土 剪 力 墙, 其 斜 筋 配 筋 率 为 0.1% 与 水 平 筋 成 60 夹 角, 在 墙 肢 内 成 X 形 交 叉 布 置, 竖 向 及 水 平 分 布 钢 筋 配 筋 率 为 0.15% 试 件 尺 寸 及 配 筋 如 图 1 所 示 钢 筋 力 学 性 能 实 测 值 列 于 表 1 (a)swl-2 配 筋 ;(b)swlx-2 配 筋 图 1 配 筋 图 Fig. 1 Steel bar details of specimens Table 1 表 1 钢 筋 材 料 性 能 Material property of steel bars 钢 筋 规 格 f y /MPa f u /MPa δ/% Φ4 290 431 35.1 Φ6 428 462 11.3 Φ8 425 472 17.3
874 震 灾 防 御 技 术 9 卷 试 件 端 部 边 缘 构 件 采 用 三 角 形 箍 筋 暗 柱 形 式 ( 张 建 伟 等,2009a;2009b), 其 纵 筋 为 3Φ8; 两 墙 肢 相 交 的 节 点 部 位 为 矩 形 箍 筋 暗 柱 形 式, 其 纵 筋 配 筋 为 4Φ8 暗 柱 箍 筋 间 距 为 变 间 距 形 式, 上 部 2/3 墙 肢 高 度 范 围 内 箍 筋 为 Φ4@150; 下 部 1/3 墙 肢 高 度 范 围 内 加 密 为 Φ4@100 SWLX-2 的 墙 肢 内 斜 筋 与 水 平 钢 筋 成 60 夹 角, 斜 筋 水 平 方 向 间 距 为 100mm, 上 端 锚 固 在 暗 柱 和 加 载 梁 内, 下 端 锚 固 在 基 础 内 在 墙 肢 截 面 长 轴 45 夹 角 方 向 施 加 水 平 低 周 反 复 荷 载, 荷 载 位 置 距 基 础 顶 面 1500mm, 剪 跨 比 为 2 试 验 加 载 装 置 如 图 2 所 示, 加 载 装 置 包 括 : 水 平 竖 向 液 压 千 斤 顶 ; 施 加 水 平 力 的 反 力 墙 ; 施 加 竖 向 力 的 刚 性 横 梁 ; 位 移 计 竖 向 千 斤 顶 固 定 在 加 载 横 梁 的 滚 轴 支 座 上, 试 验 过 程 中 随 试 件 水 平 变 形 而 移 动, 保 持 其 作 用 位 置 不 变, 摩 擦 阻 力 可 忽 略, 其 作 用 位 置 为 L 形 墙 肢 截 面 形 心 水 平 加 载 前, 先 对 试 件 施 加 427kN 的 竖 向 压 力, 其 试 验 轴 压 比 为 0.1, 并 在 试 验 过 程 中 维 持 不 变 水 平 荷 载 通 过 固 定 在 反 力 墙 上 的 拉 压 千 斤 顶 施 加, 并 在 其 相 应 高 度 位 置 布 置 位 移 计, 量 测 试 件 水 平 位 移 变 形 模 型 基 础 通 过 地 锚 螺 栓 锚 固 在 试 验 台 座 上 试 件 屈 服 前 使 用 力 控 制 加 载, 屈 服 后 改 为 水 平 位 移 控 制 加 载 使 用 自 动 数 据 采 集 系 统, 采 集 应 变 荷 载 和 位 移 等 试 验 数 据, 人 工 描 绘 混 凝 土 裂 缝 开 展 过 程 水 平 加 载 方 向 的 规 定 为 : 千 斤 顶 拉 为 正 ; 压 为 负 2 试 验 结 果 及 分 析 2.1 破 坏 特 征 试 件 SWL-2: 第 一 循 环 初 期, 试 件 基 本 处 于 弹 性 阶 段, 直 至 正 向 加 载 到 90kN 时, 墙 肢 交 角 外 侧 角 部 与 基 础 交 接 处 出 现 第 一 条 水 平 裂 缝, 并 向 两 侧 延 伸 10cm 30cm; 负 向 加 载 到 110kN 时, 剪 力 墙 端 部 与 基 础 交 接 处 拉 裂 长 度 为 2.5cm 第 二 循 环, 正 向 加 载 到 120kN 时, L 形 剪 力 墙 节 点 外 侧 距 基 础 15cm 处 出 现 裂 缝 并 与 水 平 线 成 45 角 斜 向 下 延 伸 至 基 础 ; 负 向 加 载 到 160kN 时, 剪 力 墙 端 部 与 基 础 交 接 处 裂 缝 不 断 延 伸 第 三 循 环, 负 向 加 载 至 199kN 时, 墙 肢 根 部 与 基 础 交 接 处 裂 缝 贯 通, 墙 肢 交 角 距 基 础 15cm 高 度 处 裂 缝 不 断 加 宽, 两 墙 肢 交 接 内 侧 竖 向 裂 缝 延 伸 至 顶 部 第 四 循 环, 负 向 加 载 到 205kN 时, 北 翼 缘 端 部 距 基 础 50cm 高 度 处, 出 现 水 平 裂 缝 并 向 左 右 分 别 延 伸 27cm 36cm; 南 翼 缘 端 部 距 基 础 40cm 高 度 处, 出 现 水 平 裂 缝 并 向 左 右 分 别 延 伸 52cm 43cm 第 五 循 环, 翼 缘 裂 缝 不 断 延 伸 扩 展, 裂 缝 宽 度 不 断 增 大, 负 向 加 载 至 209kN 时, 墙 肢 交 角 底 部 出 现 竖 向 裂 缝 第 六 循 环, 承 载 力 不 再 增 加, 负 向 加 载 时, 墙 肢 交 角 处 混 凝 土 被 压 碎, 混 凝 土 受 压 区 高 度 不 断 增 加 第 七 循 环, 正 向 加 载 时, 墙 肢 交 角 被 拔 起 8mm, 混 凝 土 逐 渐 脱 落, 翼 墙 端 部 开 始 出 现 竖 向 裂 缝 ; 负 向 加 载 时, 受 压 区 角 部 混 凝 土 压 酥 面 积 增 大 随 着 循 环 加 载 次 数 的 不 断 增 多, 墙 肢 交 角 暗 柱 纵 筋 拉 断, 受 压 区 混 凝 土 较 大 面 积 压 碎, 南 翼 缘 端 部 暗 柱 纵 筋 拉 断, 拔 起 高 度 增 至 3cm, 试 件 达 到 严 重 破 坏 状 态 试 件 SWLX-2: 第 一 循 环 初 期, 试 件 基 本 处 于 弹 性 阶 段, 直 至 正 向 加 载 到 100kN 时, 墙 肢 交 角 外 侧 距 基 础 4cm 处 出 现 第 一 条 水 平 裂 缝, 宽 度 为 0.06mm, 并 向 两 侧 分 别 斜 向 下 延 伸 5cm 6cm 伸 至 基 础 ; 负 向 加 载 到 120kN 时, 两 剪 力 墙 端 部 内 侧 与 基 础 交 接 处 拉 开 第 二 循 环, 正 向 加 载 到 160kN 时, L 形 剪 力 墙 节 点 外 侧 距 基 础 25cm 处, 出 现 水 平 裂 缝 并 向 两 侧 延 伸 ; 负 向 加 载 到 165kN 时, 剪 力 墙 端 部 距 基 础 25cm 处, 出 现 水 平 裂 缝 第 三 循 环, 负 向 加 载 至 170kN 时, 距 基 础 25cm 高 度 处 裂 缝 不 断 延 伸 至 与 墙 肢 交 角 处 水 平 裂 缝 贯 通 第 四 循 环, 负 向 加 载 到 180kN 时, 翼 缘 端 部 距 基 础 38cm 高 度 处, 出 现 水 平 裂 缝 并 不 断 延 伸 ; 剪 力
4 期 杨 兴 民 等 : 带 斜 筋 单 排 配 筋 L 形 截 面 剪 力 墙 的 非 工 程 方 向 抗 震 性 能 875 墙 与 基 础 交 接 处 裂 缝 贯 通 第 五 循 环, 翼 缘 裂 缝 不 断 延 伸 扩 展, 裂 缝 宽 度 不 断 增 大, 负 向 加 载 至 190kN 时, 墙 肢 交 角 底 部 出 现 竖 向 裂 缝 第 六 循 环, 承 载 力 不 再 增 加, 裂 缝 不 断 加 宽, 正 向 加 载 时, 翼 墙 端 部 开 始 出 现 竖 向 裂 缝 ; 负 向 加 载 时, 墙 肢 交 角 处 混 凝 土 被 压 碎 第 七 循 环, 正 向 加 载 时, 墙 肢 交 角 被 拔 起 1cm; 负 向 加 载 时, 受 压 区 角 部 混 凝 土 压 酥 面 积 增 大, 暗 柱 纵 筋 外 露 并 屈 曲 随 着 循 环 加 载 次 数 的 不 断 增 多, 墙 肢 交 角 暗 柱 纵 筋 拉 断, 受 压 区 混 凝 土 较 大 面 积 压 碎, 翼 缘 端 部 混 凝 土 脱 落 高 度 至 5cm, 试 件 达 到 严 重 破 坏 状 态 2 个 剪 力 墙 最 终 破 坏 照 片 及 其 裂 缝 开 展 情 况 见 图 3 和 图 4 由 图 3 和 图 4 可 见 :12 个 试 件 最 终 破 坏 均 呈 弯 曲 破 坏 特 征 ;2 带 斜 筋 的 单 排 配 筋 混 凝 土 剪 力 墙 与 普 通 单 排 配 筋 混 凝 土 剪 力 墙 相 比, 裂 缝 数 量 多 些 宽 度 小 些, 耗 能 相 对 好 些 ; 图 2 加 载 装 置 Fig. 2 Test set-up (a) 内 侧 (b) 外 侧 图 3 SWL-2 破 坏 形 态 Fig. 3 Failure mode of SWL-2 (a) 内 侧 (b) 外 侧 图 4 SWLX-2 破 坏 形 态 Fig. 4 Failure mode of SWLX-2
876 震 灾 防 御 技 术 9 卷 3 由 于 墙 体 空 间 作 用 效 果, 破 坏 时 基 底 没 有 出 现 明 显 剪 切 滑 移 现 象 2.2 滞 回 性 能 与 耗 能 2 个 剪 力 墙 在 低 周 反 复 荷 载 作 用 下 的 滞 回 曲 线 如 图 5 所 示 图 6 为 2 个 剪 力 墙 模 型 的 骨 架 曲 线 比 较 各 滞 回 环 所 包 含 的 面 积 ( 取 相 同 滞 回 环 数 ) 的 累 积 反 映 了 剪 力 墙 抗 震 耗 能 的 大 小 图 7 为 2 个 试 件 E p -U 曲 线, 反 映 了 在 不 同 水 平 位 移 下 所 对 应 耗 能 量 的 大 小 由 图 5 图 6 及 图 7 表 明 :1 试 件 在 开 裂 前 基 本 处 于 弹 性 阶 段, 其 加 载 和 卸 载 曲 线 基 本 上 重 合 为 一 条 直 系 ; 在 开 裂 之 后 至 屈 服 前, 滞 回 曲 线 狭 窄 细 长, 所 包 围 的 面 积 较 小, 残 余 变 形 较 小, 耗 能 较 小 ; 屈 服 后 滞 回 环 的 面 积 逐 渐 增 大, 耗 能 量 主 要 集 中 在 屈 服 后 2SWLX-2 与 SWL-2 相 比, 滞 回 环 相 对 饱 满, 捏 拢 轻 些, 承 载 力 有 所 提 高, 累 计 耗 能 增 大, 说 明 斜 筋 对 L 形 截 面 剪 力 墙 非 工 程 轴 方 向 的 抗 震 耗 能 起 到 有 利 作 用 图 5 滞 回 曲 线 Fig. 5 Hysteretic curves of specimens 图 6 骨 架 曲 线 Fig. 6 Skeleton curves of specimens 图 7 耗 能 量 - 位 移 曲 线 Fig. 7 Curves of energy dissipation vs. displacement 2.3 承 载 力 各 试 件 的 开 裂 荷 载 正 负 两 方 向 屈 服 荷 载 正 负 两 方 向 极 限 荷 载 的 试 验 结 果 及 其 比 值 见 表 2 其 中 :F c 为 出 现 肉 眼 可 见 第 一 条 裂 缝 时 所 对 应 的 开 裂 荷 载 ;F y 为 屈 服 荷 载 ;F u 为 极 限 荷 载 ;u cu =F c /F u ;u yu =F y /F u 由 表 2 可 见 :
4 期 杨 兴 民 等 : 带 斜 筋 单 排 配 筋 L 形 截 面 剪 力 墙 的 非 工 程 方 向 抗 震 性 能 877 (1) 带 斜 筋 的 单 排 配 筋 混 凝 土 剪 力 墙 与 普 通 单 排 配 筋 混 凝 土 剪 力 墙 相 比, 正 向 加 载 时, 开 裂 荷 载 屈 服 荷 载 和 极 限 荷 载 分 别 提 高 了 9.7% 17.3% 和 23.4%; 负 向 加 载 时, 带 斜 筋 的 单 排 配 筋 混 凝 土 剪 力 墙 与 普 通 单 排 配 筋 混 凝 土 剪 力 墙 相 比, 屈 服 荷 载 下 降 了 10.9%, 极 限 荷 载 下 降 了 9.2% 综 合 可 见, 斜 筋 对 L 形 截 面 剪 力 墙 非 工 程 轴 方 向 的 承 载 力 有 一 定 程 度 的 提 高 作 用 (2) 带 交 叉 斜 筋 的 L 形 截 面 剪 力 墙 沿 正 负 两 方 向 加 载 时 的 u yu 均 比 不 带 交 叉 斜 筋 的 剪 力 墙 有 所 减 小, 说 明 其 屈 服 后 的 弹 塑 性 变 形 过 程 变 长, 有 利 于 抗 震 Table 2 表 2 开 裂 荷 载 屈 服 荷 载 和 极 限 荷 载 试 验 结 果 Experimental results of cracking load,yield load and ultimate load 模 型 F c /kn F c 比 值 F y F u u yu 正 向 /kn 比 值 负 向 /kn 比 值 正 向 /kn 比 值 负 向 /kn 比 值 正 向 负 向 u cu SWL-2 94.34 1.000 127.46 1.000 167.38 1.000 156.29 1.000 209.81 1.000 0.604 0.816 0.798 SWLX-2 103.46 1.097 149.52 1.173 149.16 0.891 192.80 1.234 190.50 0.908 0.537 0.776 0.783 2.4 延 性 2 个 试 件 的 位 移 及 其 延 性 系 数 试 验 结 果 见 表 3 其 中 :U c 为 开 裂 位 移 ;U y 为 屈 服 位 移 ; U d 为 水 平 荷 载 降 低 到 85% 极 限 荷 载 时 对 应 的 弹 塑 性 最 大 位 移 ;θ P 为 试 件 的 弹 塑 性 最 大 位 移 角 ;μ=u d /U y 为 延 性 系 数 由 表 3 可 见 : (1)2 个 试 件 的 延 性 系 数 均 比 较 大, 说 明 单 排 配 筋 L 形 截 面 混 凝 土 剪 力 墙 非 工 程 轴 方 向 具 有 较 好 的 延 性 (2) 试 件 SWLX-2 的 弹 塑 性 最 大 位 移 角 和 正 向 延 性 系 数 均 大 于 SWL-2, 负 向 延 性 系 数 与 其 接 近, 表 明 沿 非 工 程 轴 加 载 时, 斜 筋 对 L 形 截 面 单 排 配 筋 混 凝 土 剪 力 墙 的 延 性 也 有 一 定 的 提 高 效 果 Table 3 表 3 位 移 与 延 性 系 数 实 测 值 Experimental results of displacement and ductility coefficients 模 型 U c /mm U c 比 值 U y U d μ 正 向 /mm 比 值 负 向 /mm 比 值 正 向 /mm 比 值 负 向 /mm 比 值 正 向 θ P 负 向 SWL-2 0.98 1.000 3.12 1.000 2.85 1.000 44.73 1.000 42.47 1.000 1/34 14.34 14.90 SWLX-2 1.09 1.112 2.88 0.923 3.14 1.102 47.96 1.072 46.43 0.852 1/31 16.65 14.79 2.5 刚 度 表 4 为 各 试 件 的 刚 度 试 验 值 及 其 退 化 系 数 其 中 :K o 为 初 始 弹 性 刚 度 ;K c 为 明 显 开 裂 刚 度 ;K y 为 明 显 屈 服 刚 度 ;β co =K c /K o, 为 试 件 从 初 始 弹 性 到 开 裂 的 刚 度 衰 减 系 数 ;β yc =K y /K c, 为 试 件 从 开 裂 到 屈 服 的 刚 度 衰 减 系 数 ;β yo =K y /K o, 为 试 件 从 初 始 弹 性 到 屈 服 的 刚 度 衰 减 系 数 试 件 的 抗 侧 刚 度 K-5 水 平 位 移 角 θ 关 系 曲 线 见 图 8
X2 878 震 灾 防 御 技 术 9 卷 Table 4 表 4 各 阶 段 刚 度 实 测 值 Experimental results of stiffness 模 型 K o /(kn/mm) K c /(kn/mm) K y /(kn/mm) β yc β yo 正 向 负 向 β co 正 向 负 向 正 向 负 向 SWL-2 216. 95 96.27 40.85 58.73 0.437 0.42 0.61 0.19 0.27 SWLX-2 212.12 94.92 51.92 47.50 0.439 0.55 0.50 0.24 0.22 由 表 4 图 8 可 见 : (1)2 个 剪 力 墙 试 件 的 初 始 刚 度 比 较 接 近, 说 明 配 筋 形 式 对 其 非 工 程 方 向 的 初 始 抗 侧 刚 度 影 响 不 大, 主 要 还 是 由 混 凝 土 强 度 和 几 何 尺 寸 决 定 (2)2 个 剪 力 墙 试 件 的 刚 度 衰 减 规 律 基 本 一 致, 没 有 明 显 差 别 2.6 钢 筋 应 变 规 律 带 斜 筋 单 排 配 筋 L 形 截 面 剪 力 墙 钢 筋 应 变 测 点 布 置 如 图 9 所 示 图 10 为 同 一 循 环 墙 体 底 部 暗 柱 图 8 刚 度 衰 减 曲 线 Fig. 8 Stiffness attenuation curves 纵 筋 斜 筋 竖 向 钢 筋 应 变 随 水 平 力 的 变 化 规 律 由 图 10 可 见 : 在 墙 肢 底 部, 最 外 侧 暗 柱 纵 筋 应 变 最 大, 其 次 是 最 外 侧 斜 筋, 二 者 很 快 达 到 了 屈 服 应 变 ; 由 外 向 内 钢 筋 应 变 依 次 减 小 FBZ5 X3 ZZ1 FBZ1 X6 X5 FBZ2 FBZ3 X1 X4 FBZ4 ZZ2 FBH1 图 9 SWLX-2 的 钢 筋 应 变 测 点 布 置 Fig. 9 Arrangement of strain gage for SWLX-2 图 10 钢 筋 应 变 滞 回 曲 线 Fig. 10 Hysteretic curves of steel bars 3 有 限 元 分 析 在 试 验 研 究 的 基 础 上, 采 用 ABAQUS 有 限 元 程 序, 对 剪 力 墙 进 行 非 线 性 有 限 元 分 析 混 凝 土 损 伤 塑 性 模 型 通 过 损 伤 参 数 来 定 义, 假 定 混 凝 土 主 要 出 现 两 种 破 坏 : 压 缩 破 坏 和 拉 伸 破 坏 钢 筋 的 应 力 - 应 变 关 系 采 用 理 想 弹 塑 性 模 型 模 型 建 立 中, 混 凝 土 采 用 三 维 实 体 线 性 减 缩 积 分 单 元 (C3D8R), 钢 筋 采 用 D3T2 桁 架 单 元, 混 凝 土 和 钢 筋 之 间 的 相 互 作 用 通 过 钢 筋 嵌 入 (embedded) 来 实 现 加 载 控 制 点 和 面 采 用 分 布 耦 合 (distribute coupling), 基 础 加 载 板 分 别 和 墙 体 实 行 绑 定 约 束 (tie constraint) 图 11 为 混 凝 土 塑 性 损 伤 图 图 12 为 钢 筋 应 力 云 图 图 13 为 2 个 试 件 在 单 向 加 载 下 的 水 平 力 -
4 期 杨 兴 民 等 : 带 斜 筋 单 排 配 筋 L 形 截 面 剪 力 墙 的 非 工 程 方 向 抗 震 性 能 879 水 平 位 移 的 骨 架 曲 线 可 见, 计 算 结 果 与 试 验 结 果 相 符 合 图 11 混 凝 土 塑 性 损 伤 图 Fig. 11 Diagram of concrete damaged plasticity 图 12 钢 筋 应 力 云 图 Fig. 12 Computed stress of steel bars 图 13 各 试 件 荷 载 - 位 移 曲 线 Fig. 13 Load-displacement curves of specimens 4 结 论 (1) 低 配 筋 条 件 下 的 带 斜 筋 单 排 配 筋 L 形 截 面 混 凝 土 剪 力 墙, 在 其 非 工 程 轴 方 向 的
880 震 灾 防 御 技 术 9 卷 低 周 反 复 水 平 荷 载 作 用 下, 呈 现 弯 曲 破 坏 特 征, 具 有 好 的 延 性 性 能 (2) 配 筋 量 保 持 不 变 情 况 下, 在 单 排 配 筋 L 形 截 面 混 凝 土 剪 力 墙 中 合 理 布 置 斜 向 钢 筋, 不 仅 可 以 明 显 改 善 其 工 程 轴 方 向 的 抗 震 性 能, 对 其 非 工 程 轴 方 向 的 承 载 力 及 耗 能 能 力 也 有 一 定 的 提 高 作 用 (3) 使 用 ABAQUS 有 限 元 程 序 建 模, 分 析 带 斜 筋 单 排 配 筋 L 形 截 面 混 凝 土 剪 力 墙 非 工 程 轴 方 向 的 抗 震 性 能, 可 以 得 到 与 试 验 相 符 的 计 算 结 果 参 考 文 献 曹 万 林, 徐 金 荣, 宋 文 勇 等,2002. 钢 筋 混 凝 土 异 形 柱 框 架 结 构 抗 震 设 计 的 若 干 措 施. 世 界 地 震 工 程,(1): 62 65. 彭 晓 彤, 林 晨, 满 杰,2005. 轻 钢 结 构 住 宅 体 系 发 展 现 状. 四 川 建 筑 科 学 研 究,(6):18 21. 王 爱 民, 范 国 庆, 丁 道 信,2002. 混 凝 土 空 心 砌 块 住 宅 结 构 方 案 及 抗 震 构 造 措 施 探 讨. 工 程 抗 震,24(2): 11 14. 张 彬 彬, 曹 万 林, 张 建 伟, 潘 毅,2011. 双 向 单 排 配 筋 L 形 剪 力 墙 抗 震 性 能 试 验 研 究. 工 程 抗 震 与 加 固 改 造, (5):37 44+57. 张 建 伟, 杨 兴 民, 曹 万 林,2009a. 单 排 配 筋 剪 力 墙 结 构 抗 震 性 能 及 设 计 研 究. 世 界 地 震 工 程,(1):77 81. 张 建 伟, 曹 万 林, 殷 伟 帅,2009b. 简 化 边 缘 构 造 的 单 排 配 筋 中 高 剪 力 墙 抗 震 性 能 试 验 研 究. 土 木 工 程 学 报, (12):99 104. 周 强, 孙 柏 涛,2010. 汶 川 地 震 中 极 震 区 砌 体 结 构 教 学 楼 典 型 震 害 分 析. 震 灾 防 御 技 术,(4):467 476.
4 期 杨 兴 民 等 : 带 斜 筋 单 排 配 筋 L 形 截 面 剪 力 墙 的 非 工 程 方 向 抗 震 性 能 881 Seismic Performance of L-Shaped Shear Wall with Single Row of Steel Bars and Inclined Reinforcements Along Non-Engineering-Axis Direction Yang Xingmin 1),Cheng Huanying 2),Zhang Jianwei 2),Xing Min 1) and Cao Wanlin 2) 1)China Construction Engineering Design Group Corporation Limited,Beijing 100037,China 2)College of Architecture and Civil Engineering Beijing University of Technology,Beijing 100124,China Abstract To substitute the multi-storey brick residential structure,a new concrete shear wall structure with single row of steel bars and inclined reinforcements was proposed.it has proved to be more economical and shows better seismic behavior than traditional masonry structures by some tests.in order to fully understand its seismic performance,a cycle-load test of L-shaped shear walls along non-engineering-axis direction were carried out, including one L-shaped shear wall with single row of steel bars and another shear wall with single row of steel bars and inclined reinforcements.a comparative analysis of their failure characteristics,hysteretic property,energy dissipation,load-bearing capacity,ductility and stiffness was made.on the basis of the test,a finite element analysis to investigate the mechanical behavior of the test specimens along non-engineering-axis direction was conducted by using ABAQUS software.the results show that the inclined reinforcements can improve the seismic performance of L-shaped shear wall at non-engineering-axis direction.due to the seismic performance of the shear wall with inclined reinforcements being better than that of the shear wall without inclined reinforcements,it can more easily meet the requirements for seismic performance of multi-story residential structure design. Key words:inclined reinforcement;single row of steel bar;l-shaped shear wall;non-engineering-axis; Seismic performance