約束剪力墻對 SRC 框排架結(jié)構(gòu)破壞模式及耗能性能的影響研究

第一作者王博男，博士，1985年10月生

約束剪力墻對SRC框排架結(jié)構(gòu)破壞模式及耗能性能的影響研究

王博1，白國良1，康靈果1，劉林2，代慧娟3

(1.西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院，西安710055；2.雙良節(jié)能系統(tǒng)股份有限公司，江蘇江陰214444；3.西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，西安710054)

摘要：通過SRC框排架模型結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)、偽靜力試驗(yàn)以及結(jié)構(gòu)中典型SRC異型節(jié)點(diǎn)的偽靜力試驗(yàn)，研究約束剪力墻對結(jié)構(gòu)破壞模式與耗能性能的影響。結(jié)果表明：剪力墻能夠起到第一道抗震防線的作用，形成利于抗震的破壞模式；薄弱部位隨著地震作用的增強(qiáng)由煤斗層、運(yùn)轉(zhuǎn)層到底部兩層下移；結(jié)構(gòu)的荷載-位移滯回曲線比較飽滿，耗能性能較好；剪力墻對結(jié)構(gòu)中SRC異型節(jié)點(diǎn)的裂縫開展具有很好的約束作用，沿縱橫向同時(shí)布置約束剪力墻能夠改善該類節(jié)點(diǎn)的破壞模式；約束剪力墻可明顯提高SRC異型節(jié)點(diǎn)的耗能性能、承載能力與延性性能。該研究可為推廣應(yīng)用SRC框排架結(jié)構(gòu)體系提供基礎(chǔ)研究資料。

關(guān)鍵詞：SRC框排架結(jié)構(gòu)；約束剪力墻；異型節(jié)點(diǎn)；破壞模式；耗能性能；偽靜力試驗(yàn)

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)

收稿日期：2013-06-19修改稿收到日期：2014-03-27

中圖分類號:TU398文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Influence of constraint shear wall on failure mode and energy dissipation performance of SRC frame-bent structures

WANGBo1,BAIGuo-liang1,KANGLing-guo1,LIULin2,DAIHui-juan3(1. School of Civil Engineering, Xi’ an University of Architecture & Technology, Xi’an 710055, China; 2. Shuangliang Energy Systems, Inc, Jiangyin 214444, China;3. School of Architecture and Civil Engineering, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China)

Abstract:Pseudo-dynamic and pseudo-static tests of a SRC frame-bent model structure, and pseudo-static test of typical SRC abnormal joints were conducted to analyze the influence of constraint shear wall on the structure’s failure mode and energy dissipation performance. The results showed that the shear wall is the first aseismic line of the structure to make the failure model be helpful to resist earthquakes; the weak part of the structure moves down from coal hopper floor and operation floor to two bottom stories with increase in earthquake intensity; the load-displacement hysteretic curve is plump, and the energy dissipation performance is better; the shear wall has a significant restraint effect on the crack developing of SRC abnormal joints, and setting constraint shear walls along both vertical and horizontal direction can improve the failure mode of this kind of joints; setting constraint shear wall can enhance the energy dissipation performance, force-bearing capacity and ductility performance of SRC abnormal joints obviously. The research results provided basic research data for promoting the application of SRC frame-bent structures.

Key words:SRC frame-bent structure; constraint shear wall; abnormal joint; failure mode; energy dissipation behavior; pseudo-static test

火電廠主廠房屬于重要的生命線工程，受工藝限制，結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜，且存在大量異型節(jié)點(diǎn)，抗震薄弱環(huán)節(jié)較多[1-2]。近年來，隨著我國電力需求的持續(xù)增加，百萬千瓦大容量機(jī)組火電廠的出現(xiàn)對主廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。已有研究表明，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)體系已不能滿足大容量機(jī)組主廠房在高烈度區(qū)的抗震需求；鋼結(jié)構(gòu)主廠房雖然性能優(yōu)越，但造價(jià)相對偏高[3]。鑒于此，課題組研究提出了SRC框排架主廠房結(jié)構(gòu)體系。

SRC框排架結(jié)構(gòu)體系的提出主要受《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]中“多道防線”抗震概念設(shè)計(jì)思想的啟發(fā)，通過合理地布置剪力墻，確保不同框排架子結(jié)構(gòu)間能夠協(xié)同工作，以使剪力墻發(fā)揮第一道抗震防線的作用，將能夠極大地提高主廠房結(jié)構(gòu)的抗震能力。圖1為SRC框排架結(jié)構(gòu)的空間效果圖。

作為SRC框排架結(jié)構(gòu)的重要組成部分，約束剪力墻對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞模式、滯回性能、承載能力、延性性能能否起到有效的改善與提高作用將直接決定著該類主廠房結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高烈度區(qū)的抗震安全性。鑒于此，本文基于SRC框排架模型結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)、偽靜力試驗(yàn)以及主廠房結(jié)構(gòu)中典型節(jié)點(diǎn)的偽靜力試驗(yàn)研究，深入探討設(shè)置約束剪力墻在提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能方面的有效性。

圖1　SRC框排架結(jié)構(gòu)效果圖 Fig.1 Sketch of SRC frame-bent structure

1試驗(yàn)研究方案

1.1模型結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)研究方案

以8度Ⅱ類場地某1 000 MW主廠房作為試驗(yàn)原型結(jié)構(gòu)，圖2為結(jié)構(gòu)平面布置圖。結(jié)構(gòu)共9層，高59.905 m，長與寬分別為122 m和62 m。在煤倉間與除氧間分散布置6片剪力墻。煤斗層以上剪力墻厚300 mm，煤斗層以下剪力墻厚400 mm。其中，B和C軸中部縱向剪力墻長4 m，端部縱向剪力墻長3 m；D軸橫向剪力墻長4 m，中部縱向剪力墻長3 m，端部縱向剪力墻長5 m。除A列柱采用鋼筋混凝土柱外，其余均采用SRC柱。除煤斗梁采用SRC梁外，其余均采用鋼筋混凝土梁。

圖2　原型結(jié)構(gòu)平面布置圖 Fig.2 Dimension of prototype structure

選取圖2所示⑤軸至⑦軸的三跨三榀子結(jié)構(gòu)，按1/7縮尺比制作模型進(jìn)行抗震性能試驗(yàn)。由于受試驗(yàn)場地限制，在滿足模型結(jié)構(gòu)與原型結(jié)構(gòu)剪力分配規(guī)律相似的基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡化，則將模型結(jié)構(gòu)中汽機(jī)房平臺柱進(jìn)行合并，對汽機(jī)房跨度進(jìn)行壓縮(從4.860 m壓縮成1.600 m)。試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭蠥B跨屋面結(jié)構(gòu)采用鋼梁進(jìn)行模擬，汽機(jī)房排架柱的柱頂標(biāo)高為4.800 m，除氧間跨的柱頂標(biāo)高為6.000 m，煤倉間跨的柱頂標(biāo)高為7.200 m，圖3為模型結(jié)構(gòu)立面圖。

圖3 模型結(jié)構(gòu)立面圖Fig.3Elevationofmodelstructure圖4 配重模擬Fig.4Simulationofcounter-weights

模型制作時(shí)，剪力墻、梁與柱采用C45混凝土，樓板采用C30混凝土。配重采用沙袋和鋼塊模擬，如圖4所示。

本次試驗(yàn)主要分為擬動(dòng)力試驗(yàn)與偽靜力試驗(yàn)兩個(gè)階段[5]，全面考察結(jié)構(gòu)的抗震性能。兩階段的試驗(yàn)系統(tǒng)組成與加載比相同，加載裝置與測點(diǎn)布置如圖5所示。其中，1號作動(dòng)器為主控點(diǎn)，加載比為1∶0.36∶0.55，將計(jì)算機(jī)分析所得的結(jié)構(gòu)水平側(cè)移先施加于主控點(diǎn)上，通過傳感器反饋的主控點(diǎn)施加荷載值，然后根據(jù)確定的加載比將荷載施加至模型結(jié)構(gòu)其它作動(dòng)點(diǎn)上。

圖5　加載裝置與測點(diǎn)布置 Fig.5 Layout of loading device and instrument

首先進(jìn)行擬動(dòng)力試驗(yàn)，分7個(gè)工況依次輸入不同峰值加速度的EL-centro(NS)地震波，峰值加速度依次調(diào)整為100 gal、250 gal、500 gal、1 000 gal、1 500 gal、2 000 gal、3 000 gal；然后采用位移加載方式進(jìn)行偽靜力試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)屈服前每級加載循環(huán)一次，屈服后每級加載循環(huán)三次。試驗(yàn)時(shí)主要依據(jù)實(shí)時(shí)觀測到的滯回曲線判斷結(jié)構(gòu)是否進(jìn)入屈服階段。加載比同位移首次加載至20 mm后，依次加載至45 mm、60 mm、75 mm；然后，依次反向加載至90 mm、105 mm、120 mm、145 mm、160 mm。試驗(yàn)過程中觀測記錄裂縫的開展過程，采用7V08數(shù)據(jù)采集儀，測量各測點(diǎn)位移反應(yīng)，并量測鋼筋、型鋼及混凝土的應(yīng)變。

1.2典型SRC異型節(jié)點(diǎn)偽靜力試驗(yàn)研究方案

因上下柱截面變化而產(chǎn)生的SRC梁柱異型節(jié)點(diǎn)屬于主廠房結(jié)構(gòu)中的抗震薄弱部位。實(shí)際工程中，該類節(jié)點(diǎn)主要屬于SRC柱-RC梁混合節(jié)點(diǎn)，且剪力墻的布置導(dǎo)致SRC框排架結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了一種帶有約束剪力墻的新型SRC異型節(jié)點(diǎn)。根據(jù)剪力墻的布置方式不同，主要包括：沿主廠房縱橫向同時(shí)布置約束剪力墻的SRC柱-RC梁異型節(jié)點(diǎn)與僅沿主廠房縱向布置約束剪力墻的SRC柱-RC梁異型節(jié)點(diǎn)。

為進(jìn)一步研究約束剪力墻對SRC框排架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，按現(xiàn)行規(guī)范[4,6]，設(shè)計(jì)三個(gè)縮尺比為1∶5的SRC異型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行偽靜力試驗(yàn)研究。均采用C35混凝土澆筑。試件基本參數(shù)見表1。其中，節(jié)點(diǎn)WJ-1僅沿縱向布置約束剪力墻，節(jié)點(diǎn)WJ-2沿縱橫向同時(shí)布置約束剪力墻，WJ-3節(jié)點(diǎn)未布置約束剪力墻。圖6為配置縱向約束剪力墻的節(jié)點(diǎn)WJ-1的構(gòu)造詳圖。柱型鋼腹板厚4 mm，實(shí)測屈服強(qiáng)度為341.643 MPa，屈服應(yīng)變?yōu)?.658×10-3，實(shí)測極限強(qiáng)度為461.975 MPa，極限應(yīng)變?yōu)?.243×10-3；柱型鋼翼緣厚6 mm，實(shí)測屈服強(qiáng)度為317.320 MPa，屈服應(yīng)變?yōu)?.540×10-3，實(shí)測極限強(qiáng)度為419.910 MPa，極限應(yīng)變?yōu)?.038×10-3。彈性模量為2.06×10-5MPa。表2為鋼筋主要實(shí)測材性指標(biāo)。

圖6　節(jié)點(diǎn)WJ-1構(gòu)造詳圖 Fig.6 Constructional datail of Joint WJ-1

表1　試件基本參數(shù)

表2　鋼筋實(shí)測材料性能

圖7　試驗(yàn)裝置 Fig.7 Test device

試驗(yàn)在西安建筑科技大學(xué)結(jié)構(gòu)與抗震重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。圖7為加載裝置。柱端軸壓荷載通過豎向反力加載系統(tǒng)施加，水平反復(fù)荷載由電液伺服作動(dòng)器施加。采用力-位移混合控制加載制度。在試件屈服前，采用荷載控制分級加載，屈服后采用位移控制加載直至試件破壞。在試件屈服前每級荷載反復(fù)一次，試件屈服后反復(fù)三次[5]。

2約束剪力墻對SRC框排架結(jié)構(gòu)破壞模式的影響

2.1試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的裂縫開展過程與破壞模式

2.1.1裂縫開展過程

擬動(dòng)力試驗(yàn)階段，當(dāng)峰值加速度為250 gal(原型結(jié)構(gòu)50 gal)時(shí)，結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)裂縫，處于彈性階段。

當(dāng)峰值加速度達(dá)到500 gal(原型結(jié)構(gòu)100 gal)時(shí)，橫向剪力墻底部約束邊緣構(gòu)件首先出現(xiàn)水平裂縫，標(biāo)高為4.100~4.800 m處的C6(C6代表C軸與6軸所確定的構(gòu)件，下同)短柱與煤斗梁交接處以及標(biāo)高為0.140~1.850 m處的D5、D7柱與橫向剪力墻交接處也出現(xiàn)裂縫。

當(dāng)峰值加速度達(dá)到1 000 gal(原型結(jié)構(gòu)200 gal)時(shí)，C列柱底出現(xiàn)水平裂縫，橫向剪力墻上原有裂縫寬度增大，并向兩側(cè)延伸，D5和D7柱底部出現(xiàn)水平裂縫，與煤斗梁相連的橫向剪力墻頂部出現(xiàn)水平裂縫，且有斜向發(fā)展趨勢。

當(dāng)峰值加速度為1 500 gal(原型結(jié)構(gòu)300 gal)時(shí)，模型結(jié)構(gòu)中原有裂縫繼續(xù)發(fā)展并延伸，同時(shí)出現(xiàn)大量新的水平裂縫，整個(gè)過程中，C列柱與其他柱相比裂縫較少，且發(fā)展較慢，分析認(rèn)為這主要是由于C列柱承擔(dān)的豎向荷載較大引起的。

當(dāng)峰值加速度為2 000 gal(原型結(jié)構(gòu)400 gal)時(shí)，橫向剪力墻底部與煤斗梁交接的橫向剪力墻頂部出現(xiàn)較多裂縫，D列橫向剪力墻中斜裂縫貫通，D列中柱底部有裂縫出現(xiàn)。

當(dāng)峰值加速度達(dá)到3 000 gal(原型結(jié)構(gòu)600 gal)時(shí)，模型結(jié)構(gòu)中又有大量裂縫出現(xiàn)，底層D列剪力墻出現(xiàn)大量交叉斜裂縫，C列柱一層、二層節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)交叉斜裂縫，梁與橫向剪力墻連接處出現(xiàn)交叉斜裂縫，并向跨中發(fā)展。

偽靜力試驗(yàn)階段，當(dāng)控制位移為75 mm時(shí)，底部剪力墻混凝土大量剝落，與其相鄰的墻中豎向分布鋼筋屈服甚至被拉斷，橫向剪力墻承擔(dān)地震作用的能力大幅下降。當(dāng)控制位移增至120 mm時(shí)，煤斗梁下的橫向剪力墻混凝土大量剝落，鋼筋被拉斷，破壞嚴(yán)重。當(dāng)控制位移達(dá)到160 mm時(shí)，荷載下降至極限荷載的83.4%，可認(rèn)為試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)最終破壞。達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)層大梁與橫向剪力墻交接的端部受力縱筋屈服，混凝土被壓碎，橫向剪力墻大面積開裂，底部剪力墻被大面積壓碎。圖8為主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最終破壞形態(tài)。

圖8　整體結(jié)構(gòu)及部分構(gòu)件破壞形態(tài) Fig.8 Failure patterns of overall structure and some members

2.1.2破壞模式分析

分析試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的裂縫開展過程可以得出：

(1)模型結(jié)構(gòu)底層構(gòu)件開裂破壞順序?yàn)椋簷M向剪力墻→B、D列柱→A、1/A列柱→C列柱；剪力墻的破壞順序?yàn)椋旱撞考袅︿摻钋c煤斗梁交接處的剪力墻鋼筋屈服→底部剪力墻底部混凝土剝落、鋼筋被拉斷→煤斗梁交接處剪力墻混凝土剝落、鋼筋拉斷。試驗(yàn)現(xiàn)象表明，剪力墻能夠有效延緩SRC框架的開裂，約束作用明顯，能夠起到“第一道抗震防線”的作用。

表3為由擬動(dòng)力試驗(yàn)階段地震動(dòng)峰值加速度為500 gal、1 000 gal、2 000 gal三種工況計(jì)算得到的子結(jié)構(gòu)間的剪力分配關(guān)系。需要說明的是，由于在計(jì)算時(shí)候不能較準(zhǔn)確區(qū)分帶剪力墻框架柱構(gòu)件中剪力墻和框架的承載能力，因此，計(jì)算得到的剪力墻所承擔(dān)的剪力中包含框架承擔(dān)的地震作用。

由表3可以看出：8度小震(試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)500 gal)作用下，剪力墻承擔(dān)73.3%的地震剪力。8度中震(試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)1000gal)作用下剪力墻承擔(dān)的地震剪力有所減小，但仍達(dá)到62.7%；該階段隨著地震作用的不斷加大，剪力墻裂縫逐漸發(fā)展，框架承擔(dān)的地震剪力不斷上升。在8度大震(試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)2 000 gal)作用下，剪力墻承擔(dān)的地震剪力為56.2%；該階段當(dāng)剪力墻屈服破壞后，框架承擔(dān)地震剪力上升，起到“第二道抗震防線”的作用。

表3　剪力分配關(guān)系

(2)在輸入峰值加速度分別為500 gal、2 000 gal、3 000 gal的地震動(dòng)作用下，模型結(jié)構(gòu)的最大層間位移角依次出現(xiàn)在煤斗層(模型結(jié)構(gòu)第四層)、運(yùn)轉(zhuǎn)層(模型結(jié)構(gòu)第三層)和底層，數(shù)值依次為1/1044、1/125、1/95，這說明，布置有約束剪力墻的SRC框排架結(jié)構(gòu)能夠滿足“小震不壞”、“中震可修”、“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)，且隨著地震作用的增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)的薄弱部位不斷下移。

2.2SRC異型節(jié)點(diǎn)的裂縫開展過程與破壞模式

試驗(yàn)過程中，三個(gè)試件均經(jīng)歷了初裂、通裂、極限與破壞四個(gè)階段，最終破壞形態(tài)如圖9-圖11所示。結(jié)合應(yīng)變量測結(jié)果分析認(rèn)為，試件WJ-1與WJ-3發(fā)生核心區(qū)剪切破壞，而試件WJ-2配置縱橫向約束剪力墻后，破壞模式得到了有效改善，最終發(fā)生近梁端破壞。研究表明，配置剪力墻后，節(jié)點(diǎn)的裂縫開展得到了有效約束，剪力墻的裂縫開展充分、均勻。現(xiàn)以同時(shí)配置縱橫向約束剪力墻的節(jié)點(diǎn)WJ-2為例予以說明。

(1)初裂階段

加載至極限荷載的約60%時(shí)，核心區(qū)初裂。在剪力墻邊緣與梁頂首先出現(xiàn)裂縫，繼續(xù)加載，下柱出現(xiàn)水平裂縫，梁裂縫擴(kuò)展并延伸至橫墻。

(2)通裂階段

縱向約束剪力墻上的裂縫快速發(fā)展，梁柱相接處出現(xiàn)裂縫并不斷發(fā)展延伸，柱水平裂縫發(fā)展貫通并與墻縫相接，梁因裂縫多處貫通而呈現(xiàn)出十字交叉形態(tài)，靠近節(jié)點(diǎn)的梁端與縱墻相交處裂縫開展比較嚴(yán)重，而核心區(qū)裂縫開展并不明顯。

(3)極限階段

該階段初期，梁端不斷有新的斜向裂縫交錯(cuò)出現(xiàn)，核心區(qū)柱上的裂縫開展仍不明顯。繼續(xù)加載，核心區(qū)上部相繼出現(xiàn)斜向?qū)橇芽p，在梁與橫墻交接處，局部混凝土被壓碎，梁與剪力墻的裂縫快速發(fā)展。

(4)破壞階段

核心區(qū)與梁端部裂縫繼續(xù)發(fā)展，剪力墻裂縫也不斷擴(kuò)展。繼續(xù)加載，梁與縱墻交接處的混凝土開始壓潰，梁底部縱筋與箍筋外露，橫墻混凝土成塊脫落，墻體豎向鋼筋、水平拉筋與墻端部配置的槽鋼壓曲，箍筋屈曲。承載力下降明顯，最終破壞。

圖9　WJ-1節(jié)點(diǎn)破壞形態(tài) Fig.9 Failure patterns of Joint WJ-1

圖10　WJ-2節(jié)點(diǎn)破壞形態(tài) Fig.10 Failure patterns of Joint WJ-2

圖11　WJ-3節(jié)點(diǎn)破壞形態(tài) Fig.11 Failure patterns of Joint WJ-3

3約束剪力墻對SRC框排架結(jié)構(gòu)耗能性能的影響

3.1結(jié)構(gòu)的滯回耗能性能分析

圖12為模型結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)階段加載至3 000 gal時(shí)的荷載-位移滯回曲線以及偽靜力試驗(yàn)時(shí)得到的荷載-位移滯回曲線。

試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)?shù)卣饎?dòng)峰值加速度小于500 gal時(shí)，滯回曲線基本上沒有捏縮現(xiàn)象，呈穩(wěn)定的梭形。地震動(dòng)峰值加速度大于500 gal后，隨著結(jié)構(gòu)中裂縫的出現(xiàn)和延伸，滯回曲線有明顯的“捏縮”現(xiàn)象，趨于弓形。當(dāng)?shù)卣饎?dòng)峰值加速度大于1 000 gal后，結(jié)構(gòu)剛度退化明顯，滯回曲線開始呈現(xiàn)弓形。達(dá)到極限荷載后，模型結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的殘余變形，滯回曲線呈反S形。對比傳統(tǒng)鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)的滯回曲線[7]，可以看出，SRC框排架結(jié)構(gòu)的滯回曲線較為豐滿，滯回面積較大，其耗能能力有較為明顯的提高。

圖13為試驗(yàn)得到的骨架曲線。由圖13可以看出，SRC框排架結(jié)構(gòu)的骨架曲線沒有明顯的拐點(diǎn)，下降段較長且比較平緩，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度退化速度較為緩慢、變形能力較強(qiáng)、延性較好，計(jì)算表明其頂點(diǎn)位移延性系數(shù)達(dá)3.0以上。

上述分析表明，SRC框排架結(jié)構(gòu)的滯回耗能能力較強(qiáng)，分析認(rèn)為其重要原因是在結(jié)構(gòu)中布置了約束剪力墻后，結(jié)構(gòu)的耗能破壞模式得到了優(yōu)化，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震能力得到了有效發(fā)揮引起的。

圖12　荷載-位移滯回曲線 Fig.12 Load-displacement hysteretic curves

圖13　骨架曲線 Fig.13 Skeleton curve

3.2約束剪力墻對SRC異型節(jié)點(diǎn)滯回性能、承載能力與延性性能的影響

圖14與圖15分別為試驗(yàn)得到的3個(gè)節(jié)點(diǎn)的滯回曲線與骨架曲線對比圖。分析可得主要結(jié)論如下：

圖14　荷載-位移滯回曲線 Fig.14 Load-displacement hysteretic curves

圖15　骨架曲線 Fig.15 Skeleton curves

(1)與未配置約束剪力墻的試件WJ-3相比，配置約束剪力墻的試件WJ-1和WJ-2的滯回曲線比較飽滿，尤其是同時(shí)配置縱橫向約束剪力墻的試件WJ-2，其滯回耗能能力有了較為明顯的提高。同時(shí)，可以看出試件WJ-2的滯回曲線“捏縮”現(xiàn)象比較明顯，分析認(rèn)為這是由于橫向約束剪力墻增大了試件位移中的剪切變形以及梁縱筋的粘結(jié)滑移所造成的。

(2)配置約束剪力墻的試件WJ-1和WJ-2的骨架曲線包絡(luò)于WJ-3的骨架曲線，這說明配置約束剪力墻后，節(jié)點(diǎn)的承載能力得到了明顯提高。

延性系數(shù)是衡量結(jié)構(gòu)抗震性能的重要指標(biāo)，一般通過極限位移Δu與屈服位移Δy之比，即μ=Δu/Δy來反映[8-9]。Δy通過修改過的“通用屈服彎矩法[10]”計(jì)算確定；Δu取極限承載力下降至85%時(shí)對應(yīng)的位移。計(jì)算結(jié)果表明：配置縱向約束剪力墻的試件WJ-1與同時(shí)配置縱橫向約束剪力墻的試件WJ-2的延性系數(shù)分別為2.1和3.0，兩者分別比未配置約束剪力墻的試件WJ-3的延性系數(shù)1.8提高16.7%與66.7%。

上述對比分析表明，在剪力墻的約束作用下，SRC異型節(jié)點(diǎn)的滯回耗能性能、承載能力和延性性能均得到了有效的提高，相較于未配置約束剪力墻的節(jié)點(diǎn)，較易滿足火電廠主廠房結(jié)構(gòu)重荷載、大變形的要求。

4結(jié)論

(1)在地震作用初期，SRC框排架結(jié)構(gòu)中的剪力墻承擔(dān)大部分地震剪力，能夠有效延緩SRC框架的開裂，起到“第一道抗震防線”的作用；隨著結(jié)構(gòu)破壞的加劇，SRC框架子結(jié)構(gòu)承擔(dān)的剪力增大，成為結(jié)構(gòu)的“第二道抗震防線”。

(2)當(dāng)?shù)卣饎?dòng)峰值加速度小于500 gal時(shí)(原型結(jié)構(gòu)100 gal)，SRC框排架模型結(jié)構(gòu)的滯回曲線呈穩(wěn)定的梭形，基本未出現(xiàn)捏縮現(xiàn)象。隨著裂縫的出現(xiàn)和延伸，滯回曲線出現(xiàn)“捏縮”現(xiàn)象，開始呈弓形。極限荷載后，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的殘余變形，滯回曲線呈反S形。與傳統(tǒng)鋼筋混凝土框排架主廠房結(jié)構(gòu)相比，SRC框排架結(jié)構(gòu)的滯回曲線較為豐滿，滯回面積較大，其耗能能力有較為明顯的提高，骨架曲線無明顯拐點(diǎn)，下降段較長且比較平緩，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度退化速度比較緩慢、變形能力較強(qiáng)、延性較好。

(3)試驗(yàn)分析表明，布置有約束剪力墻的SRC框排架結(jié)構(gòu)能夠滿足“小震不壞”、“中震可修”、“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)，且隨著地震作用的增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)的薄弱部位由煤斗層到運(yùn)轉(zhuǎn)層再到底部兩層下移。

(4)SRC異型節(jié)點(diǎn)的破壞過程均經(jīng)歷初裂、通裂、極限與破壞四個(gè)階段。剪力墻對節(jié)點(diǎn)的裂縫開展具有有效的約束作用，同時(shí)布置縱橫向約束剪力墻能夠改善該類異型節(jié)點(diǎn)的破壞模式。

(5)配置約束剪力墻后，SRC異型節(jié)點(diǎn)的滯回性能、承載能力與延性性能均得到了有效提高，其中，同時(shí)配置縱橫向約束剪力墻時(shí)，提高效果更為明顯。

(6)分析表明，在滿足工藝要求的前提下，沿部分SRC柱高布置約束剪力墻可以明顯提高主廠房結(jié)構(gòu)的抗震能力，從而滿足高烈度區(qū)大容量機(jī)組火電廠的抗震要求。

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