理论教育 试件破坏形态和波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能研究

试件破坏形态和波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能研究

时间:2023-10-10 理论教育 版权反馈
【摘要】:现分别就各自的试验现象和破坏形态加以描述。最终,试件在较小的侧移下由于H型钢柱倾斜较大,承载力降低,发生了失稳破坏。图2.14试件SPSW-1最终破坏形态竖向波形钢板剪力墙在施加竖向荷载至150 kN的过程中,试件SPSW-2各部件均保持弹性状态,内嵌波形钢板和H型钢柱均无明显变形和声音。图2.18H型钢柱翼缘屈曲图2.19波形钢板屈曲变形

试件破坏形态和波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能研究

为方便对试验现象进行描述,定义靠近MTS伺服机作动器为左侧,反之为右侧;MTS伺服机作动器向右侧推试件为加载正向(推),反之为加载负向(拉)。3个钢板剪力墙的加载制度基本相同,但其破坏特征和破坏趋势又有差异。其中平钢板剪力墙的初始平面外最大变形是3 mm,约为墙宽的1/300,竖向钢板剪力墙的初始平面外最大变形是1.8 mm,约为墙宽的1/522,横向波形钢板剪力墙的初始平面外最大变形是1.5 mm,约为宽度的1/627,变形部位均为试件中部偏上。现分别就各自的试验现象和破坏形态加以描述。

(1)平钢板剪力墙(试件SPSW-1)

在竖向荷载加至150 kN的过程中,试件SPSW-1保持弹性状态,内嵌平钢板和H型钢端柱均无明显变形,但有较小的“咚咚”声出现。在之后的试验过程中,竖向荷载保持为150 kN不变,首先施加水平荷载至50 kN,之后以25 kN的级差往复施加至正向(推)200 kN。在此过程中可以听见焊缝连接处焊渣脱落的声音,但试件无明显变形特征,其滞回曲线呈线性增长,此现象表明试件仍处于弹性受力阶段。此阶段的水平荷载较小,滞回曲线基本呈直线。试件SPSW-1在加载初期的滞回曲线见图2.12。

负向(拉)加载至200 kN时,试件内嵌平钢板中部靠近右侧H型钢柱处出现了斜向下的平面外鼓曲,平钢板在变形时产生了较大声响,滞回曲线开始有弯曲趋势,此现象表明试件已经开始屈服,此时H型钢柱没有发生明显变形。内置钢板的平面外鼓曲变形见图2.13。

图2.12 试件SPSW-1加载初期的滞回曲线

图2.13 内置平钢板向平面外鼓曲变形

随后,在正向(推)加载至250 kN的过程中,试件内嵌平钢板中部靠近左侧H型钢柱处也出现了斜向下的平面外鼓曲,与上级荷载形成“X”形交叉鼓曲。在之后的位移控制加载阶段,每级循环加载均在两侧出现斜向的平面外鼓曲并伴随“咚咚”声响,内嵌钢板两侧的H型钢柱逐渐出现较大的面外倾斜。最终,试件在较小的侧移下由于H型钢柱倾斜较大,承载力降低,发生了失稳破坏。最终破坏形态如图2.14所示。

图2.14 试件SPSW-1最终破坏形态

(2)竖向波形钢板剪力墙(试件SPSW-2)

在施加竖向荷载至150 kN的过程中,试件SPSW-2(竖向波形钢板剪力墙)各部件均保持弹性状态,内嵌波形钢板和H型钢柱均无明显变形和声音。在之后的试验过程中竖向荷载保持为150 kN不变,首先施加水平荷载至50 kN,之后以25kN的级差往复施加至正向(推)200 kN。在此过程中不断听见焊缝连接处焊渣脱落的声音,试件并无明显变形,其滞回曲线呈现明显的“捏拢”现象,如图2.15所示。

图2.15 试件SPSW-2加载初期“捏拢”的滞回曲线

当正向(推)加载至280 kN时,在右侧H型钢柱顶端产生了约9 mm的平面外侧倾,同时内嵌波形钢板在局部出现鼓曲,在其表面出现45°方向的屈曲变形,波形钢板剪力墙的荷载-位移曲线明显偏离直线。此现象表明试件开始屈服,此时将加载方式改为位移控制加载,且每级位移往复加载3次。当正向(推)加载至墙体顶点位移+28.5mm时,竖向波形钢板沿45°方向的屈曲变形非常明显,现象如图2.16所示。

在右侧H型钢柱顶端的平面外变形达到20 mm左右时,滞回曲线由“捏拢”状态逐渐趋于饱满。正向(推)至+38mm时波形钢板形成了“X”形的剪切破坏,破坏现象如图2.17所示。

图2.16 局部屈曲变形

图2.17 斜向拉力带(www.daowen.com)

随着右侧H型钢柱的平面外变形不断扩大,从荷载-位移曲线可以得知结构已经发生明显的刚度退化,恢复力出现突降现象。试件在加载过程中,波形钢板与约束边缘构件之间的焊缝未出现开裂,H型钢柱底部平面外变形过大,试件承载力下降。

(3)横向波形钢板剪力墙(试件SPSW-3)

在施加竖向荷载的过程中,试件SPSW-3(横向波形钢板剪力墙)的内嵌钢板因竖向刚度较小而产生微小的压缩变形。在施加横向荷载过程中,试件SPSW-3各部位保持线弹性状态。在整个加载过程中竖向荷载保持为150 kN不变,先施加水平荷载50 kN,之后以25 kN的级差循环往复加载至300 kN。在此过程中不断有焊渣脱落的声响,内嵌波形钢板几乎没有产生平面外鼓曲,试件无明显变形特征。滞回曲线与试件SPSW-2截然不同,试件SPSW-3的滞回曲线并没有出现“捏拢”现象,而是向饱满的梭形发展。波形钢板剪力墙的荷载-位移曲线偏离直线,此现象表明构件开始屈服,此时将加载方式改为位移加载,每级位移循环往复3次。当正向(推)加载使墙体顶点位移为+32 mm时,因水平波形钢板的影响,内嵌钢板两侧的H型钢柱均在距离地梁上表面约400 mm高的位置处出现翼缘屈曲,如图2.18所示。

试件的H型钢柱顶部出现约20 mm的平面外偏移,此时内嵌波形钢板并未发生平面外屈曲。最后,整个墙体因H型钢柱的平面外变形过大而发生面外弯曲失稳破坏。试件在整个加载过程中,内嵌波形钢板与约束边缘构件之间的焊缝未出现开裂。波形钢板始终没有发生平面外屈曲,但波形钢板两侧的H型钢柱局部屈曲严重,试件承载力下降。最终破坏形态如图2.19所示。

图2.18 H型钢柱翼缘屈曲

图2.19 波形钢板屈曲变形

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