玻化微珠保温混凝土剪力墙低周往复荷载试验承载力研究.pdf

2 0 1 4 年 第 2期 (总 第 2 9 2 期 ) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 2 0 1 1 玻化微珠保温混凝土剪力墙低周往复荷载试验 承载力研究 冯文党。刘元珍 ，李珠 ( 太原理工大学 建筑与土木学院，山西 太原 0 3 0 0 2 4 ) 摘要： 玻化微珠保温混凝土剪力墙是建筑节能和结构抗震相结合的一种新型承重自保温墙体。 通过一定轴压力下的低周往 复荷载试验 ， 分析玻化微珠保温混凝土剪力墙的破坏形态 、 骨架 曲线 、 刚度及退化 ， 实测墙体 的开裂荷载和承载力 ， 并与计算值进 行对比分析， 试验和分析结果表明： 计算值与实测值较为吻合， 研究成果可为玻化微珠保温混凝土进一步推广应用和相关标准的 制定提供理论依据。 关键词 ： 大玻化微珠保温混凝土剪力墙 ；低周往复荷载试验 ；承载力 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 4 2 0 3 R e s e a r c h O n t h e b e a r i n g c a p a c it y o f t h e r m a l i n s ul a t i o n g l a z e d h o l l o w b e a d c on c r e t e s h e a r w a l l u n d e r l o w - c y c l i c l o a d F ENG We n d a n g， LI U Yu a n z he n， LI Zh u ( D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e r ma l i n s u l a t i o n g l a z e d h o l l o w b e a d c o n c r e t e s h e a r wa l 1 i S a k i n d o f n e w s t r u c t u r e a n d s e l f e n e r g y c o n s e r v a t i o n wa l 1 wh i c h i s b a s e d o n t h e c o mb i n a t i o n o f c o ns t r u c t i o n e n e r g y c o ns e r v a t i o n a nd s e i s mi c p e r f o r ma n c e I n t he l o w c y c l i c l o a d t e s t u nd e r c e r t a i n pr e s s u r e ， the wa l l S f a i l u r e mo d e ， s k e l e t o n c a l v e a n d s t i f f n e s s d i g r a t i o n we r e ana l y z e d， and c r a c k i n g l o a d a n d b e a r i n g c a p a c i ty we r e me a s ure d， a nd c o mpa r e d wi t h c a l c u l a t e d v a l u e The t e s t i ng a n d a n a l y s i s r e s u l t s s h o we d t ha t t h e f o r mu l a c a l c u l a t e d v a l u e s t a l l i e s wi t h the me a s u r e d v a l u e s T h e r e s u l t s o f t h e r e s e arc h p r o v i d e d a the o r e t i c a l b a s i s f o r the f u r t h e r p o p u l ari z i n g an d a p p l y i n g o f t h e the rm a l i n s u l a t i o n g l a z e d h o l 一 1 O W b e a d c o n c r e t e a n d the f o r mu l a t i o n o f r e l e v a n t s t a n d a r d s Ke ywo r d s ： the r ma l i n s u l a t i o ng l a z e dh o l l o wb e a d c o n c r e t e s h e arwa l l ； l o w c y c l i c l o a d t e s t ； b e a r i n g c a p a c i ty 0 引 言 建筑能耗在能源的消耗 中占很大的密度 ， 由于节约能 源和环境保护 的紧迫性 ， 建筑节能成为关系国计 民生的重 大问题和“ 十二五” 规划 的重要方面 。 墙体材料 的革新成为 建筑节能的新思路 ， 课题组提出了玻化微珠保温混凝土 ， 该 混凝土是集承重 、 保温性能于一体的新型建筑材脊 斗 【” ， 目前 ， 研究工作主要集 中在基本力学性能 、 热工性能 、 配合 比、 耐 久性 、 应力一 应变本构关系的试验研究 以及运用 A N S Y S 对 玻化微珠混凝土剪力墙结构进行抗震分析 等方面， 而玻 化微珠保温混凝土剪力墙承载力有待进一步研究。 玻化微珠保温混凝土剪力墙减轻结构 自重， 减小墙体 刚度， 提高延性和抗震耗能能力， 另一方面， 建筑结构和建 筑保温一体化设计施工 ， 实现结构 自保温 ， 缩短工期 ， 节约 费用。 本研究通过低周往复荷载试验 ， 分析玻化微珠保温混 凝 土剪力墙 的破坏形态 、 骨架曲线 、 刚度及退化 ， 实测墙体 的开裂荷载和极限承载力， 并与计算值进行对比分析， 研究 成果可为玻化微珠保温混凝土进一步推广应用和相关标 准 的制定提供理论依据 。 1 试 验概 况 1 1 试件设计 参考太原理工大学嘲 、 北京工业大学 63 在钢筋混凝 土剪 力墙抗震性能研究方面的思路和方法， 依据 J G J 3 2 0 1 O 高 层建筑混凝土结构技术规程 、 G B 5 0 0 1 1 2 0 1 0 建筑抗震 设计规范 和G B 5 0 0 1 0 - - 2 0 1 0 混凝土结构设计规范 ， 制作 玻化微珠保温混凝土剪力墙试件， 缩尺为1 ： 1 5 ， 墙厚1 3 5 m m， 墙宽 1 3 3 5 m m， 墙高2 1 3 5 m m， 高宽比 1 6 ， 边缘构件纵筋采 用 6 1 2 ， 箍筋为 中 6 1 3 0 ， 墙体纵向分布钢筋采用 6 8 5 ， 配筋率为 0 4 9 ， 水平分布钢筋采用 6 1 3 0 ， 配筋率为 0 3 2 ， 混凝土 强度等级 为 C 3 0 ； 剪力墙上 设水平加 载梁 3 0 0 m m 3 0 0 m m， 纵筋为 4 d 2 5 ， 箍筋为 6 1 3 0 ， 下设水平 横 梁 3 0 0 m mx 4 O O mm， 纵筋为 4 2 5 ， 箍筋为 6 1 3 0 ， 采用 C 3 5 强度等级混凝土 ， 试件尺寸及配筋见图 1 。 收稿 日期 ：2 0 1 3 q 3 8 1 2 基金项目：教育部高等院校博士点基金( 2 O 1 0 1 4 O 2 1 2 o 0 O 7 ) ； 山西省高等学校科技创新项 目( 2 0 1 0 1 0 5 ) 42 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m U ram 图 4 骨架曲线 率。 由试验数据计算所得 的刚度及其退化系数如表 3 所示。 其中： 为极限荷载的8 5 ， 为与 对应的开裂位移； V y 为与 对应 的屈服位移 ； 为与 对应的弹塑性最大位移 。 表 3 试件各阶段刚度及其退化系数 F J k N m m k N V J m m F d k N U d m m 实测均值 7 5 0 1 9 1 9 0 0 9 7 2 2 4 5 3 7 5 刚度 I ( k N I mm) 3 9 3 4 1 9 5 8 5 9 8 刚度退化系数 0 4 9 7 0 3 0 5 试件一旦开裂， 随着水平荷载的增大， 墙体刚度不断衰 减 ， 从钢筋屈服到试件极限破坏阶段 ， 刚度衰减幅度较大。 3 承载力对比分析 3 1 开裂荷载计算 试验过程中， 裂缝首先在墙体受拉一侧边缘出现， 由于 平 面受力状态下主拉应力超过混凝土抗拉强度导致正截 面开裂。 在墙体开裂之前骨架曲线基本为一直线， 认为墙体 是均质和各向同性的理想弹性体， 所以计算墙体开裂荷载 时可以使用主拉应力理论。 同时考虑到轴压比和暗柱对裂缝 发展的影响， 参考文献 7 提出的剪力墙开裂荷载计算式： ( + N) ) + o ： f 1 + 1 4 3 -+ 1 l 4 3 1 3 5 l 3 3 5 儿 l 3 5 xl 3 3 5 ! ! ! 鱼 ： + 0 0 2 1 4 3 1 3 5 3 2 5 2 = 7 2 2 k N 6 x 2 1 3 5 J ， 、 式 中： 剪力墙截面轴 向压力设计值 ， 大于 0 2 f b h 时 ， 取 0 2 f o b w h ； 为混凝土轴心抗压 、 抗拉强度设计值 ； b w h 、 h 剪力墙截面宽度 、 截面高度 、 截面有 效高度 、 剪力墙高度 ； A、 。 剪力墙截面面积、 边缘约束措施截面积。 3 2 正截面受弯承载力计算 试件截面相对受压区高度不大于相对界限受压区高 度为大偏心受压， 参考现行 混凝土结构设计规程 与 高 层建筑混凝土结构设计规程 ， 建立大偏心受压承载力极限 状态下矩形墙肢截 面的应力 图形如图 5 。 对称配筋时 ， 由 A 及 N = 0 ， 计算得到等效矩形应 力图受压区高度 ： 一 ： - 5 ， 6 。 7 -一 = 。一 。一 _一 ( 。 寸 5 x ) h 。 叫 1 一 ， ： ， 【 【 A h o 图5墙肢大偏心受压截面应力分布 咻 旦 ( 硼 一 一 1 5 ) 一 6 = 0 ( 2 ) 1 加 一 v t A 一 2 5 7 7 x 1 0 3 + 2 7 0 x 3 9 6 2 一 t他 + 3 s + 25 凡 l 3 1 7 7mm x b = 6 5 5 6 3 mr n ( 3 ) 试件为大偏心受压 。 对受压区中心取矩 ， 由 M= 0 ， 得 ： ( 一 x l 2 3 5 x ( - 一 ) ( 1+ 卜 3 6 0 6 7 8 5 8 x ( 1 2 3 5 一 l o o ) = 4 7 o 1 8 k N r l l ( 4 ) 试件可简化为悬臂构件 ， 如 图 6 ， 极 限承载力为 ： F -M 一： 坐 = 2 0 5 8 k N ( 5 ) 月 22 8 5 式中： A 。 、 A 墙端部受拉、 受压钢筋面积； A 剪力墙墙体竖 向分布钢筋面积 ； 剪力墙墙体竖向分布钢筋强度设计值； 分别为剪力墙端部受拉、 受压钢筋强度设 计值； O 受压 区混凝土矩形应力图的应力与混凝土轴 心抗压强度设计值的比值 。 FH F 图 6试 件计 算简 图 当混凝土强度等级不超过 C 5 0 时取 O 8 ； 当混凝土强度 等级为 C 8 0时取 0 9 4 ； 混凝土强度等级在二者之间时可按 线性内插取值 。 3 3 斜截面受剪承载力计算 根据 高层建筑混凝土结构设计规程 考虑地震设计状 况的剪力墙在偏心受压时的斜截面受剪承载力计算式计算： 下转第 5 3页 一 一 一 - 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 国内配合比设计的Y D混凝土试件， 单位面积上总裂缝面 积也降低最多， 对燥热环境下混凝土早期开裂的改善作用 显著。 原 因是 S A P 预先吸水率较高 ， 在混凝 土硬化过程 中， 随着孔溶液碱度的提高和混凝土内部湿度的降低 ， S A P释 放水的能力更大， 对降低塑性收缩改善混凝土早期开裂更 有利。 5结 论 混凝 土拌和时以多种方式掺入 S A P ， 适量增加 了混凝 土 的用水量 ， 混凝土 7 、 2 8 d的抗压强度略有增加 ； 对于用 水量较大 的混凝土 ， 若 S A P预先吸水量过多 ， 其 2 8 d 强度 稍有降低。 混凝土中掺入预先吸收适量水的 S A P ， 对用水量低 的 混凝土的早期 开裂性能的改善作用明显 ； 掺人不预先 吸水 的 S AP 对混凝土早期裂缝数 目减少有一定的作用 ， 但对用 水量较大的混凝土单位面积总裂缝面积没有降低； 掺入预 先吸水较多的S A P ， 对改善混凝土早期开裂效果显著， 特别 是对用水量较大的混凝土， 效果明显。 参考文献 ： 1 J E NS E N O M， HANS E N P F I n fl u e n c e o f t e mp e r a t u r e o n a u t o g e 一 上接第 4 4页 ( 0 ” v )+ 0 c 6 ， 根据 轻骨料混凝土结构设计规程 考虑地震组合作 用的剪力墙在偏心受压时的斜截面受剪承载力公式计算 ： F u l l ( 0 3 4f ) + 0 ( 7 ) 式中： 截面极限承载力； A 剪力墙腹板面积 ， 矩形截面取 A； A 剪力墙墙体水平分布钢筋面积； 剪力墙墙体竖 向分 布钢筋强度设计值 ； R E承载力抗震调整系数 ， 取 O 8 5 。 表 4 荷载计算值与试验实测值对比 其 中实测均值为正负 向水平荷载的平均值 。 给出的公 式计算值与实测值较为接近， 且偏于保守。 式( 6 ) 比式( 7 ) 计算所得斜截面承载力与实测值 的误差较小。 4结论 ( 1 ) 玻化微珠保温混凝 土剪力墙开裂荷载和正截 面承 载力计算可采用文中提出的计算公式。 ( 2 ) 玻化微珠保温混凝 土剪力墙斜截面承载力计算建 议采用 高层建筑混凝土结构技术规程 中剪力墙在偏心 n o u s d e f o r m a t i o n a n d r e l a t i v e h u mi d i t y c h a n g e i n ha r d e n i ng e e m e n t p a s t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 9 ( 2 9 ) ： 5 6 7 5 7 5 【 2 】J E NS E N O M， HA NS E N P F Au t o g e n o u s d e f o r ma t i o n a n d R H- c h a n g e o n p e r s p e c t i v e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 1 ( 3 1 ) ： 1 8 5 91 8 6 5 3 13 高美蓉， 秦鸿根， 庞超明扁J性能混凝土内养护技术的研究现状 J 】_ 混凝土与水泥制品， 2 0 0 9 ， 1 6 7 ( 3 ) ： 9 - 1 2 4 陈德鹏， 钱春香， 高桂波， 等 高吸水树脂对混凝土收缩开裂的 改善作用及其机理 功能材料， 2 0 0 7 ， 3 8 ( 3 ) ： 4 7 5 4 7 8 【 5 詹炳根， 丁以兵 掺聚丙烯酸酯类 S A P低水灰比水泥浆水化研 究 J 1 建筑材料学报， 2 0 0 7 ， 1 0 ( 2 ) ： 1 4 8 1 5 3 【 6 】陈德鹏 ， 钱春香， 赵洪凯， 等 内养护措施改善混凝土收缩开裂 性能【 J 1 特种结构 ， 2 0 0 7 ， 2 4 ( 1 ) ： 5 7 6 0 7 马新伟， 李学英， 焦贺军 超强吸水聚合物在砂浆与混凝土中的 应用研究 武汉理工大学学报， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 2 ) ： 3 3 3 6 8 詹炳根， 丁以兵 超强吸水剂对混凝土早期内部相对湿度的影 B D J J 合肥工业大学学报： 自然科学版， 2 0 0 6 ， 2 9 ( 9 ) ： 1 1 5 1 1 1 5 4 9 】G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ， 普通混凝土长期性能和耐久性能试验 方法 标准 S 1 北京： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 9 作者简介： 王力尚( 1 9 7 1 一 ) ， 男， 工学硕士， 高级工程师。 联系地址： 北京市清华大学土木工程系建筑材料研究所( 1 0 0 0 8 4 ) 联系电话 ： 1 3 9 2 5 0 8 2 2 0 0 受压 时的斜截面受剪承载力计算公式。 ( 3 ) 本研究成果表 明 ， 玻化微珠保温混凝土剪力墙 ， 经 合理设计 ， 可应用于高层结构 。 ( 4 ) 本研究结果对进一步开展玻化微珠保温混凝土剪 力墙试验具有参考价值 。 参考文献： 【 1 】刘元珍， 郑晓红， 李珠， 等 玻化微珠承重保温混凝土抗冻性能 试验研究【 J J 施 工技术， 2 0 1 3 ， 4 2 ( 9 ) ： 8 3 8 5 f 2 12 赵林 玻化微珠陶粒保温承重混凝土的力学性能和热工性能的 研究与分析【 D 太原： 太原理工大学， 2 0 0 9 3 张泽平 玻化微珠保温混凝土及其结构的基本性能试验与理论 分析研究【 D 】 太原： 太原理工大学， 2 0 0 9 【 4 罗盛 玻化微珠保温混凝土晋城凤凰城 1 9 # 楼项目配合比试验 及耐久性的研究【 D 太原： 太原理工大学， 2 0 1 2 【 5 】朱民伟 玻化微珠永久性保温墙模复合剪力墙抗震性能试验及 理论研究 D 太原： 太原理工大学， 2 0 1 2 6 】曹万林 ， 徐泰光 ， 刘强 ， 等 再生混凝土高剪力墙抗震性能试验 研究l J 1 世界地震工程 ， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 2 ) ： 1 8 2 3 7 蒋庆， 叶献国， 种迅 叠合板式剪力墙的力学计算模型 J 1 _ 土木工 程学报， 2 0 1 2 ， 4 5 ( 1 ) ： 9 1 2 作者简介 联系地址 联系电话 冯文党( 1 9 8 8 一 ) ， 男， 硕士生， 从事混凝土结构方向。 山西省太原市万柏林 区迎泽西大街 7 9号 太原理工 大学迎西校区建筑与土木工程学院建筑节能与新材 料研究所( 0 3 0 0 2 4 ) 1 8 2 3 41 3 41 8 9 5 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m