理论教育 可恢复功能波形钢板-混凝土组合剪力墙性能研究

可恢复功能波形钢板-混凝土组合剪力墙性能研究

时间:2023-10-10 理论教育 版权反馈
【摘要】:从荷载-滑移曲线可以看出,剪力墙进入塑性阶段后,承载能力稳定,承载力总体在40 mm以后才表现出明显的下降,表明波形钢板组合剪力墙具有良好的延性性能。波形钢板厚度的影响在考虑黏结滑移的情况下,其他试验条件不变,只改变波形钢板厚度,计算带栓钉波形钢板-混凝土组合剪力墙在波形钢板厚度变化下的荷载-位移曲线。屈服阶段过后,试件承载力保持较好的稳定性,表现了带栓钉波形钢板-混凝土组合剪力墙较好的延性性能。

可恢复功能波形钢板-混凝土组合剪力墙性能研究

(1)栓钉间距的影响

在考虑黏结滑移的情况下,其他试验条件不变,只改变栓钉布置间距,计算带栓钉波形钢板-混凝土组合剪力墙在栓钉间距变化下的荷载-位移曲线,SPCSW-2有限元计算结果如图7.59所示。

7.59 栓钉间距变化下的荷载-位移曲线

从图7.59中可以看出,栓钉间距对剪力墙的抗侧刚度几乎没影响。当栓钉间距从100 mm增大为200 mm时,试件承载力基本没变化,延性稍微降低;当栓钉间距从200 mm增加到300 mm时,峰值承载力下降了2%,曲线在30 mm左右就开始出现明显下降段;当栓钉间距从300 mm增加到400 mm时,峰值承载力下降了2%,曲线在26mm左右就开始出现明显下降段。可见,栓钉间距对试件承载力影响不大,而对其延性有显著影响,建议栓钉焊接间距取200 mm。

(2)栓钉直径的影响

在考虑黏结滑移的情况下,其他试验条件不变,只改变栓钉直径,带栓钉波形钢板-混凝土组合剪力墙试件荷载-位移曲线如图7.60所示。

图7.60 栓钉直径变化下的荷载-位移曲线

从图7.60中可以看出,栓钉直径从8 mm增加至16 mm,极限承载几乎没有变化,这是因为钢板与混凝土相互咬合,焊接栓钉后,两者组合效果很好,能够协同工作,而栓钉作为抗剪连接件焊接在钢板波谷内,再增加栓钉直径对承载力影响不大。从图7.60中可以看出,当不配置栓钉的情况下,试件屈服时,刚度大幅下降,荷载很快达峰值,由于钢板与混凝土不能有效协调工作,承载力快速下降,试件延性非常低,与布置栓钉的试件相比,承载力下降19%左右。可见,配置栓钉对试件延性有很大影响,增大栓钉直径对试件承载力影响不大。

(3)型钢的影响

在考虑黏结滑移的情况下,其他试验条件不变,只改变H型钢腹板厚度或翼缘厚度,计算带栓钉波形钢板-混凝土组合剪力墙在型钢腹板厚度或者翼缘厚度变化下的荷载-位移曲线。SPCSW-2有限元计算结果见图7.61。

图7.61 型钢厚度变化下的荷载-位移曲线

从图7.61(a)和图7.61(b)中可以看出,改变型钢腹板厚度或者翼缘厚度,剪力墙在弹性阶段,刚度变化不大,试件屈服后,随着腹板厚度或者翼缘厚度增加,剪力墙的刚度有所提高。从图7.61(a)和图7.61(b)可以看出,型钢腹板厚度从3mm增加到5 mm时,试件承载力提高了9%;型钢腹板厚度从5mm增加到7 mm时,试件承载力提高了8%;型钢翼缘厚度从5mm增加到7 mm时,试件承载力提高了9%;型钢翼缘厚度从7 mm增加到9 mm时,试件承载力提高了7%。从荷载-滑移曲线可以看出,剪力墙进入塑性阶段后,承载能力稳定,承载力总体在40 mm以后才表现出明显的下降,表明波形钢板组合剪力墙具有良好的延性性能。

(4)波形钢板厚度的影响

在考虑黏结滑移的情况下,其他试验条件不变,只改变波形钢板厚度,计算带栓钉波形钢板-混凝土组合剪力墙在波形钢板厚度变化下的荷载-位移曲线。SPCSW-2有限元计算结果如图7.62所示。

图7.62 钢板厚度变化下的荷载-位移曲线

从图7.62中可以看出,改变波形钢板厚度,在弹性阶段,试件刚度变化不大,试件屈服后,随着波形钢板厚度增加,试件刚度稍微有所提高。从图7.62可以看出,波形钢板厚度从2mm增加到3mm时,承载力提高2%;从3mm增加到4mm时,承载力提高1.4%;从4 mm增加到5mm时,承载力提高2%。从荷载-滑移曲线可以看出,剪力墙进入塑性阶段后,钢板厚度为2mm的剪力墙在26 mm左右时,承载力出现明显下降;钢板厚度为3mm的剪力墙在42 mm左右时,承载力才出现明显下降,表现出较好的延性性能;钢板厚度为4 mm、5 mm的剪力墙在整个加载过程中,承载力未出现明显下降,试件表现出很好的延性性能。可见,随着波形钢板厚度增大,剪力墙的抗侧刚度和承载力有所提高,试件变形能力强,延性较好。

(5)墙体厚度的影响

在考虑黏结滑移的情况下,其他试验条件不变,只改变混凝土墙体厚度,计算带栓钉波形钢板-混凝土组合剪力墙在墙体厚度变化下的荷载-位移曲线。SPCSW-2有限元计算结果如图7.63所示。

图7.63 墙厚变化下的荷载-位移曲线

从图7.63中可以看出,随着墙体厚度的增加,试件的抗侧刚度和承载力都有明显的提高。屈服阶段过后,试件承载力保持较好的稳定性,表现了带栓钉波形钢板-混凝土组合剪力墙较好的延性性能。与150 mm厚的墙体相比,厚度为200 mm和250 mm的剪力墙的承载力分别提高了18%和39%。因此,增加墙厚可以明显提高其承载力。

(6)轴压比的影响(www.daowen.com)

在考虑黏结滑移的情况下,其他试验条件不变,只改变轴压比,计算带栓钉波形钢板-混凝土组合剪力墙在轴压比变化下的荷载-位移曲线。SPCSW-2有限元计算结果如图7.64所示。

图7.64 轴压比变化下的荷载-位移曲线

从图7.64中可以看出,在弹性阶段,随着轴压比从0.15增加到0.4,试件刚度有一定的增大,试件屈服后,随着轴压比增大,试件刚度增大明显,承载力也得到较大提高,而后承载力保持一定稳定性,说明波形钢板-混凝土组合剪力墙具有较好的延性。随着轴压比增大,剪力墙承载能力增强,但承载力提高幅度值逐渐减小。这是因为墙体轴向压力增大会增大墙体截面压应力,进而抵消墙体受拉一侧拉应力,推迟斜裂缝的产生和发展,因此提高了承载力。另外,当轴压比增加到0.4时,曲线在18.4 mm时出现下降段,承载力快速下降,试件延性大幅度减小,这主要是因为在混凝土极限压应变不变的情况下,轴压比增大,墙体截面受压区高度变大,相应截面曲率延性系数随之变小,剪力墙延性降低。因此,限制轴压比可在一定程度上使剪力墙保持较好的延性。

(7)剪跨比的影响

在考虑黏结滑移的情况下,其他试验条件不变,只改变剪跨比,计算带栓钉波形钢板-混凝土组合剪力墙在波形钢板厚度变化下的荷载-位移曲线。SPCSW-2有限元计算结果如图7.65所示。

图7.65 剪跨比变化下的荷载-位移曲线

从图7.65中可以看出,剪跨比对剪力墙的抗侧刚度和承载力有明显的影响。随着剪力墙剪跨比增大,曲线刚度和承载力明显降低。在高宽比为1时,剪力墙在8.5 mm左右时达到峰值荷载,之后曲线便出现下降段,剪跨比为大于1的剪力墙,其曲线下降段均出现在40 mm左右,表现出较好的延性。相比于剪跨比为2.5的剪力墙,剪跨比为1、1.5和2的剪力墙,其承载力分别提高了59%、43%和19%。可见,剪跨比增大,会降低剪力墙的抗侧刚度和承载力,但试件延性较好,变形能力强。

(8)配筋率的影响

在考虑黏结滑移的情况下,其他试验条件不变,只改变分布钢筋配筋率,计算带栓钉波形钢板-混凝土组合剪力墙在水平和纵向分布筋配筋率变化下的荷载-位移曲线。SPCSW-2有限元计算结果如图7.66所示。

图7.66 配筋率变化下的荷载-位移曲线

由图7.66(a)和图7.66(b)可知,当纵筋配筋率从0.17增加至0.44时,极限承载有一定的提高,但作用不大。当横筋配筋率从0.19增加至0.38时,极限承载稍微有所提高。可见,提高竖向或者水平分布筋配筋率对剪力墙抗剪承载力影响有限。另外,配筋率对试件刚度和延性影响不大。

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