裝配式輕鋼框架—輕墻組合結構恢復力模型確定★

鄒曉光 賈穗子

(中國地質大學(北京)工程技術學院，北京 100083)

0 引言

裝配式建筑具有優化建筑質量、提高作業效率、有效節約材料、節能減排、節省勞動力并改善勞動條件的優點[1-5]。基于裝配式建筑的眾多優良特性，從2016年起，我國就已經將發展裝配式建筑的需求提升到了國家戰略的高度，進一步說明裝配式建筑在目前建筑結構中的重要地位。

本文基于9榀裝配式輕鋼框架—墻體組合結構低周反復加載試驗數據，通過Matlab程序提取骨架曲線并計算各試件主要特征點，同時提出適于該結構類型的四線型恢復力模型，擬合各段計算公式，并與試驗中滯回曲線對比。

1 裝配式輕鋼框架—輕墻組合結構

裝配式輕鋼框架—輕墻組合結構中，輕鋼框架是由鋼管再生混凝土柱、梁通過加強型節點連接而成；輕墻采用再生混凝土墻板，部分輕墻帶鋼筋暗支撐或鋼板暗支撐。輕鋼框架梁和柱為方鋼管并灌注再生混凝土，輕鋼框架上焊接的鋼板條與輕墻上的邊框鋼板通過螺栓裝配連接。試件設計參數見表1。

表1 裝配式輕鋼框架—輕墻組合結構試件設計參數

試件的具體制作過程，尺寸、組成材料的力學性能及詳細試驗過程請參見文獻[6]。

2 骨架曲線及特征點計算

對于本試驗，各特征點確定原則為：開裂狀態是指墻板出現可見裂縫時對應的荷載值和位移值；峰值狀態與破壞狀態通過試驗數據采集所得。為使數據結構更加精確，保證最終擬合結果的準確，故采用幾何法、能量等值法與R.Park法三種方法共同計算屈服荷載[7,8]。

最后取平均值作為最終計算結果，計算詳情見表2，其他特征點見表3。

基于Matlab自主編程，所編程序從正向開始加載測的數據，提取各個循環中的峰值點，并檢查最后是否存在不完整滯回環，最終提取出骨架曲線數據，繪制出的9組荷載F/kN—位移U/mm骨架曲線，以B1Z1-60-1和B1Z1-60-2為例，見圖1。

表2 屈服點計算

9榀試件骨架曲線的變化規律大致相同，均經歷了彈性、屈服、承載力下降和彈塑性發展這4個階段。由于骨架曲線基本對稱，所以擬合的公式正負向呈對稱分布。基于骨架曲線的變化趨勢，本文建立四線型恢復力模型，通過Origin進行9榀試件各階段承載力公式的擬合：

第一段公式：F=100.83U。

第二段公式：正向：F=37.5U+500.29；

負向：F=37.5U-500.29。

第三段公式：正向：F=-44.72U+1 467.85；

負向：F=-44.72U-1 467.85。

第四段公式：正向：F=221.66；

負向：F=-221.66。

表3 試件主要特征點

3 恢復力模型曲線與試驗結果對比

由擬合的恢復力模型曲線對本試驗中的9榀試件滯回曲線進行對比，以B2Z1-60-1,B3Z1-60-3為例。

由圖2可得，恢復力曲線與試驗所得實際滯回曲線大致趨勢一致，吻合度較好，說明本文所提出的四線性恢復力模型可以較好的反映該類裝配式組合結構的滯回性能。

4 結語

本文基于裝配式輕鋼框架—輕墻組合結構低周循環荷載試驗所得數據，計算出了各特征點，并建立基于該結構骨架曲線的四線型恢復力模型，將該模型中各段承載力與實測的結構滯回曲線對比，吻合較好。可見本文所建立的該新型結構的恢復力模型能較好地表達結構各階段的承載力，并在此類裝配式結構的彈塑性地震反應分析中進行合理利用。