圆钢管混凝土边框多重组合低矮剪力墙的抗震性能.pdf

第 2 8卷 第 3期 2 0 1 1年 9月 建筑科 学与工程 学报 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g Vo 1 28 Sp e t NO 3 2 0 11 文章编 号： 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 2 3 0 6 圆钢管混凝土边框 多重组合低矮 剪力墙 的抗震 性能 张建伟 ， 杨 亚彬 ， 曹万林 ， 董宏英 ( 北京工业大学 建 筑工程学院 ， 北京 1 0 0 1 2 4 ) 摘 要 ： 为 了解钢 管混凝 土边 框 内藏铜 桁 架剪 力墙这 种 新型 多重 组合 剪 力墙 的抗 震性 能 ， 进行 了 3个 剪跨 比为 1 0的低矮 剪力墙低 周反 复荷 载试验 ， 包括 1个普 通 混凝 土 剪 力墙 、 1个 圆钢 管 混凝 土 边 框 剪 力墙 和 1个 圆钢 管混凝 土 边框 内藏 钢桁 架剪 力墙 ； 对 比分析 了 3个低 矮 剪力墙 的 实测承 栽 力 、 延 性 、 刚度 及其 退化 过程 、 滞 回特 性 、 耗 能 能 力及 破 坏特 征 ； 使 用简化 力 学模 型 计算 了各 剪 力墙 的 承 载力 ， 计算结果与试验结果吻合较好。结果表明： 圆钢管混凝土边框 内藏钢桁架低矮剪力墙的抗震 性能比普通混凝土低矮剪力墙显著提 高， 比圆钢 管混凝土边框低矮剪力墙明显提 高。 关 键词 ： 圆钢 管混凝 土柱 ； 钢桁 架 ； 低矮 剪 力墙 ； 抗震 性 能 ； 承 载 力 中图分 类号 ： TU3 5 2 1 文 献标 志码 ： A S e i s mi c Pe r f o r ma n c e o f Co mp o s i t e Lo w- r i s e S h e a r W a l l wi t h Co n c r e t e - fil l e d Ro u nd St e e l Tu b e C ： o l u mn s a n d Co nc e a l e d S t e e l Tf u s s e s ZHANG J i a n we i ，YANG Ya b i n，C A( )W a n l i n，DONG Ho n g y i n g ( S c h o o l o f Ar c h i t e c t u r e a n d Ci v i l E n g i n e e r i n g，Be i j n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ，B e i j i n g 1 0 0 1 2 4 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n o r de r t o a s c e r t a i n t he s e i s mi c pe r f o r m a n c e of t he p r o p os e d ne w ki n d o f c on c r e t e f i l l e d s t e e l t ube c ol u m n s he a r wa l 1 a n e x pe r i m e nt wa s c a r r i e d ou t o n t hr e e I OW r i s e s h e a r wa l l s wi t h a s h e a r s pa n r a t i o o f 1 0，i nc l u d i ng on e t r a d i t i o na l r e i nf or c e d c o nc r e t e ( RC)s he a r wa l l ，o ne c ompo s i t e s he a r wa l l wi t h c o nc r e t e f i l l e d r ou nd s t e e l t u be c o l umns，a n d o ne c o m p os i t e s he a r wa l l wi t h c on c r e t e f i l l e d r o und s t e e l t ube c o l umns a n d c on c e a l e d s t e e 1 t r us s e s Ba s e d on t he d a t a f r om t h i s e xp e r i m e nt ， t h e l o a d c a r r y i n g c a pa c i t y， du c t i l i t y， s t i f f n e s s a n d i t s a t t e n ua t i o n， hy s t e r e t i c p r op e r t y， e ne r g y d i s s i p a t i o n an d f a i l u r e c h a r a c t e r i s t i c o f e a c h s he a r wa l l we r e c o nt r a s t i v e l y a n a l y z e d Th e c a l c ul a t e d r e s ul t s ob t a i n e d f r o m t he s i mpl i f i e d m e c ha ni c a l m o d e l we r e i n g o od a gr e e m e nt wi t h t ho s e f r o m t he e xp e r i m e nt Th e r e s u l t s s ho w t ha t t he s e i s m i c pe r f or ma n c e o f t h e c o m po s i t e s he a r wa l l wi t h c o nc r e t e f i l l e d r o und s t e e l t ub e c o l u m ns a nd c o nc e a l e d s t e e l t r us s e s i s i n c r e a s e d s i g ni f i c a nt l y o v e r t r a di t i o na l r e i nf or c e d c on c r e t e s he a r wa l l s ，whi l e a t t he s a me t i me，i t s ho ws a s i g ni f i c a nt i mpr o ve m e nt ov e r c o mpo s i t e s he a r wa l l s wi t h c o nc r e t e f i l l e d r ou nd s t e e l t ube c ol u m n s Ke y wo r ds ：c o nc r e t e f i l l e d r o un d s t e e l t ub e c ol u m n；s t e e l t r us s；l o w r i s e s h e a r wa l l ；s e i s mi c p e r f o r m a n c e：l oa d c a r r y i ng c a p a c i t y 收 稿 日期 ： 2 0 1 1 0 4 1 9 基 金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 5 0 8 7 8 0 0 7 ) ； 北京市科技重大项 目( D 0 8 0 5 0 6 0 3 7 2 0 0 0 0 ) ； 北京市教委科技计划重点项 目( KZ 2 0 0 9 1 0 0 0 5 0 0 8 ) 作者 简介： 张建伟 ( 1 9 7 1 - ) ， 男 ， 河北丰润人 ， 副教授 ， 工学博士 ， 博士后 ， E ma i l ： z h a n g j wb j u t e d u c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 4 建筑科学与工程学报 2 0 1 1丘 O 引 吾 近年来 大地 震频 发 ， 引起 建筑 物大 量倒 塌 ， 给人 类 带来 了巨大 灾难 ， 如 何 提 高 建 筑 物 的抗 震 能 力 成 为社会 各界 十 分 关 注 的 问题 。在高 层 建 筑 结 构 中 ， 剪 力 墙及 核心 筒是 抗 震 的关 键构 件 ， 往往 承担 着 建 筑结 构 的大部 分水平 地 震作 用 。但 普 通钢 筋混凝 土 剪力墙的延性和耗能能力一般较差 ， 对整体结构 的 抗 震 十分 不利 。为 了改 善 剪 力 墙 的抗 震 性 能 ， 各 国 学者 提 出 了一 些新 型组 合 剪 力 墙 ， 并 进 行 了 相应 的 试验研究与分析口 。钢管混凝 土边框 内藏钢桁架 剪 力墙 ， 是将 钢管 混 凝 土 柱 和 内藏 钢 桁 架 剪 力墙 的 优势进行组合， 具有多道抗震防线 ， 已在中国的一些 大型复杂和超高层建筑中应用。为了解该新型多重 组 合剪 力墙 体 系中 圆钢管 混凝 土边 框低 矮墙 的抗 震 性 能 ， 本 文 中笔 者进 行 了 3个 剪力 墙 模 型 的低 周 反 复 荷载 试验 研究 。 1 模型设计 以某工程核心筒的墙肢为原型， 设计 了 3个剪 力墙试验模型 ， 模型按 1： 5缩尺 ， 剪跨 比为 1 0 ， 轴 压 比设计值为 0 3 5 ， 墙体厚 1 4 0 mm。模型分别为 普 通混 凝土 低 矮剪力 墙 S W1 、 圆钢管 混 凝 土边 框 低 矮 剪力 墙 S W2和 圆钢 管 混 凝 土 边框 内藏 钢 桁 架 低 矮 剪 力墙 S W3 。S W1按 抗 震 等 级 为 特一 级 的剪 力 墙 设 计 ； S W2边 框 柱 的 钢 管 为 直 径 1 5 9 mm、 厚 度 3 7 mm 的圆钢 管 ， 剪 力 墙 与 圆钢 管 界 面使 用 Q2 3 5 槽 形 型钢 弯成 的 U 形 连 接键 ( 伸 入 墙 5 0 mm， 墙 厚 方向 7 6 mm， 高 2 8 ram) 连接 ， 其净间距 为 3 2 mm。 S W 3的边框 柱 和 U 形 连 接键 与 S W2相 同 ， 剪 力 墙 板 内设置 x 形 钢 支 撑 ， 钢 支 撑 使 用 一 字形 钢 板 ， 其 截面 尺寸 为 9 2 mm1 2 mm。钢 支撑 两端 与钢 管焊 接 ， 钢支撑 交 叉 处 用 连 接 板 焊 接 。S W2和 S W 3的 钢管 边框 顶部 均 与 内藏 钢 横 梁 焊接 ， 以 便形 成 钢 框 架和 钢桁 架 。模型 的配 筋及 配钢 如 图 1 所 示 。各模 型均 使 用 C 5 O商 品 混凝 土 浇筑 ， 实 测 的 混凝 土立 方 体抗 压强 度为 5 2 MP a ， 弹性 模 量 为 3 5 GP a 。钢 筋 及钢 管 的实测 材料 力学 性能 见表 1 。 2 测试方 案 试验 采用 低 周 反 复加 载 方 式 。水 平 加 载 之 前 ， 先施 加竖 向荷 载 ， 模 型 S W1为 7 9 0 k N，模 型 S W2 和 S W 3均为 8 7 0 k N， 使 试 件设 计 轴 压 比达 到 0 3 5 ( 轴压 比计 算 时将 钢 管 的面 积进 行 折算 加 以考 虑 ) ， l l 11 - I I 2 ( 8 0 1 5 4 1 1 丝Q 1 口压丑口 1 - 1 截面 ( a ) 8 W1 A A =截面 2 - 2 截面 ( b )S W2 _ l l l ll l ll _ 、 l l 巨 l j 3 l 6 1 2 J 烈O 1 0 o 1 o 5 o 2 ： 至 4 8 ( 。 ， ， - 、 h ，。 。 。 。 o o 一1 P = 一 1 5 4 0 I Q Q 1 3 - 3 截 面 ( c ) S W3 l C C 截面 图 1模型 配筋及配钢( 单位 ： mm) F i g 1 S t e e l B a r a n d S t e e l D e t a i l s o f Mo d e l s( Un i t ： mm) 表 1 钢材 的力学 性能 Ta b 1 M e c h a ni c a l Pr o p e r t i e s o f St e e l 屈服强度 极 限强度 钢材型号 使用位置 M Pa M P a 3 7 miff l 厚钢板 S W2 、 S W3钢管 3 l 2 3 3 4 l 7 7 7 l 2 r fl iI 1 厚钢板 S W3钢支撑 3 6 5 7 ( ) 5 3 6 3 7 4钢筋 墙体竖 向分布钢筋 8 0 3 7 3 6钢筋 墙体水平分布钢筋 j 6 3 2 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 张建伟 ， 等 ： 圆钢 管混凝 土边 框 多重组 合低 矮 剪力墙 的抗 震性 能 2 5 并 保持 其在 试 验 过 程 中 恒 定 ； 然 后 ， 在 距 基 础 顶 面 7 4 0 mm高度处施 加低周反复水平荷 载， 并使用 电 子位移计采集相应高度处 的水平位移 。试验加载装 置 见 图 2 。加 载 制 度 采 用 力 与 位 移 联 合 控 制 法 ， 试 验模 型 达到 屈服 荷 载 前 采 用水 平 力 控 制 加 载 ， 屈 服 后 采用水 平 等 位 移 增 量 控 制 加 载 。用 I MP数 据 采 集 系统采 集 应变 、 位移 以及 荷 载等 数据 ， 并 实时绘 制 “ 荷 载一 位 移 ” 滞 回 曲线 进行 试 验监 控 ， 并 人 工 描绘 混 凝土 裂缝 。 反 图 2试 验 加 载 装 置 Fi g 2 Te s t Lo a di ng S e t 。 u p 3试验结果分析 3 1 承载 力 各 试验 模 型 的开裂 荷 载 F 、 明显 屈 服 荷 载 F 、 极 限荷 载 ( 峰值 荷 载 ) F 、 屈 强 比 ( 一 F F ) 的实测值见表 2 ， 其中， 开裂荷载是指剪力墙板 出现 第 1 条 肉眼可见 裂缝 时 的水平 荷 载 。 表 2承载 力 实 测 值 Ta b 2 M e a s ur e d Va l u e s o f Lo ad - c a r r y i n g Ca pa c i t i e s 模型编号 F 。 k N Fy k N F k N F 相对值 y S W 1 l 8 4 6 4 4 71 6 0 5 5 3 9 7 1 0 0 0 0 0 8 51 S W 2 2 3 9 2 8 7 2 5 5 2 8 7 2 O 9 1 5 7 4 3 0 8 3 2 S W 3 2 3 9 7 7 9 3 5 0 9 1 1 6 7 0 1 2 1 0 6 7 0 8 O 1 由表 2可见 ： ( 1 ) 圆钢 管混 凝 土 边 框 内藏 钢 桁 架 低 矮 剪 力 墙 S W3的开 裂荷 载 、 明显屈 服 荷 载和 极 限荷 载 比普 通 混 凝 土 低 矮 剪 力 墙 S W1分 别 提 高 了 2 9 8 6 、 9 8 2 8 、 1 1 0 6 7 ， 充 分 说 明 了 该 组 合 剪 力墙 具 有 很高 的水 平 承载 力 。 ( 2 ) 圆钢 管混 凝 土 边 框 内藏 钢桁 架 低 矮 剪 力 墙 S W3与 圆钢 管混 凝 土 边 框 低 矮 剪 力 墙 S W2相 比 ， 开裂 荷 载接 近 ， 明显 屈 服 荷 载 和极 限荷 载 分 别 提 高 了 2 8 8 9 、 3 3 8 2 ， 说 明 内藏 钢桁 架 可 明显 提 高 钢管 混凝 土边 框低 矮剪 力墙 的水 平 承载力 。 ( 3 ) 圆钢管混凝土边 框内藏钢桁架低矮剪力墙 S W 3的屈 强 比最小 ， 说 明从 明显 屈 服到 极 限荷 载 的 发展过程相对较长 ， 即有约束 的屈服段较长， 这有利 于实 现“ 大 震不 倒 ” 的设 防 目标 。 3 2 刚 度 各 试验 模 型的初 始 弹性 刚度 K。 、 开裂 割线 刚 度 K 、 明 显 屈 服 割 线 刚 度 K 及 其 衰 减 系 数 。 、 。 ( 。 一K K。 ， 。 一K K。 ， 。 、 。 分别为开裂刚度和 屈 服 刚度 衰 减 系 数 ) 实 测 值 见 表 3 。各 试 验模 型 的 水 平抗 侧 刚度 K 随 位移 角 增 大 而 衰 减 的 实 测 曲 线 见 图 3 。 表 3 刚度实测值 Tab 3 M e a s u r e d Val u e s o f St i f f n e s s e s 模 型 K ， K K_ 。 o 编 号 ( k N mm ) ( k N m 1 ) ( k N m m ) SW 1 7 9 7 09 1 7 4 1 9 8 O 3 4 0 21 9 0 1 0 1 SW 2 1 0 0 3 21 2 8 4 8 6 1 0 3 3 5 0 2 8 4 0 1 0 3 S W 3 1 07 9 3 8 2 9 9 7 1 l l 6 O 2 0 2 7 8 0 1 0 7 I 歪 图 3 K- 0关 系 曲线 Fi g 3 K- 0 Re l a t i o n Cu r v e s 由表 3和图 3可见 ： ( 1 )与普 通混 凝土 低矮 剪力 墙 S W 1相 比 ， 由于 组合剪力墙边缘构件配钢率和有无钢支撑的影响， 圆钢 管混凝 土边 框 低 矮 剪 力墙 S W2和 圆钢 管 混 凝 土边框 内藏 钢桁 架 低 矮 剪 力墙 S W3的初 始 弹 性 刚 度明显提高 ， 其中， S W2提高 了 2 5 8 6 ， S W3提高 了 3 5 4 2 ； 开 裂 刚 度 显 著 提 高 ， S W2 提 高 了 6 3 5 3 ， S W3提 高 了 7 2 O 6 ； 屈 H ff J 0 度 明显提 高 ， S W2提高了 2 8 6 4 ， s W3提高了 4 4 4 1 。 ( 2 )与普通 混凝 土低 矮剪 力 墙 S W1相 比 ， 组 合 剪 力墙 开裂 后 ， 由于 钢 管 混 凝 土边 框 柱 和 钢 支 撑 的 强有力约束作用 ， 裂缝开展受到很大的限制 ， 裂缝宽 度细且发展缓慢 ， 使得其开裂刚度衰减明显减慢 ， 即 圆钢 管混凝 土边 框 低 矮 剪 力墙 S W2和 圆钢 管 混 凝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 建筑科 学与工 程 学报 2 0 1 1 年 土边框 内藏钢桁架低矮剪力墙 S W3的开裂 刚度衰 减系数 。 值明显较大； 另外， 圆钢管混凝 土边框 内 藏钢桁架低矮剪力墙 S W3的屈服刚度衰减系数 。 值相 对较 大 ， 说 明在 加载 后期 阶段 ， 内藏钢 支撑 的存 在不仅能约束剪切斜裂缝的开展， 还能为钢桁架 自 身提供一定的刚度 ， 使得低矮剪力墙刚度衰减速度 相对 较慢 ， 从 而使 得 其后 期 力 学 性 能 相 对 于普 通 混 凝 土剪 力墙 和 圆钢 管混 凝 土 边 框 剪 力墙 稳 定 ， 这 对 抗震 是 有利 的 。 3 3 延 性 各 试验模 型 不 同阶段 的水平 位 移及延 性 系数 实 测值见表 4 ， 其 中， 开裂位移 u 是试验模 型加载至 开 裂荷 载 F 时 其加 载高 度位 置处 的水平 位 移 ； 屈 服 位 移 U 是 加载 至屈 服荷 载 F 时 的水 平 位 移 ； 弹塑 性最 大 位 移 U 是 加 载 至 极 限 荷 载 ( 峰 值 荷 载 ) F 后 ， 荷 载下 降至极 限荷 载 的 8 5 时 所对 应 的水 平位 移 ； 延性 系数 一U d 。 表 4 水 平 位 移 及 延 性 系 数 实 测值 Tab 4 M e a s u r e d Va l u e s of Ho r i z o nt a l Di s pl a c e me nt s a n d Du c t i l i t y Co e f f i c i e n t s 模型编号 U， mm U n 1 I 】 】 Ud mm Ud 相对值 “相对值 SW l 1 () 6 5 8 7 1 8 5 0 1 0 0 0 0 3 0 5 1 0 0 0 0 SW 2 0 8 4 7 0 2 2 5 6 6 1 3 8 7 0 3 6 6 1 2 O 0 O SW 3 0 8 0 8 0 6 3 O 8 6 1 6 6 8 1 3 8 3 1 2 5 5 7 由表 4可 见 ： ( 1 ) S W3的弹塑性 最大 位移 比 S W 1 提 高 了 6 6 8 1 ， 比 S W2提高了 3 8 7 0 ， 说明圆钢管混凝 土边框 内藏 钢桁 架低 矮剪 力墙 的 弹塑性 变形 能力 比 普 通混 凝 土低矮 剪 力 墙 显 著 提 高 ， 比圆钢 管 混 凝 土 边 框低 矮 剪力墙 明显 提 高 。 ( 2 ) S W3 的 延 性 系 数 较 大 ， 比 S W1提 高 了 2 5 5 7 ， 比 S W2提 高 了 4 6 4 ， 说 明 圆 钢 管 混 凝 土边框 内藏钢桁 架低 矮 剪力墙 的延 性 明显好 于普 通 混 凝 土低矮 剪力 墙 ， 并 且 略 好 于 圆 钢管 混 凝 土 边 框 低 矮剪 力墙 。 3 4滞 回特 性 各试验模型的实测荷载一 位移滞 回曲线见 图 4 。 由 图 4可见 ： 与 普 通 混凝 土低 矮 剪 力 墙 S W 1相 比， 圆钢管 混凝 土边 框 内藏 钢桁 架低 矮 剪 力 墙 S w 3和 圆钢管混凝土边框低矮剪力墙 S W2的滞回环饱满， 中部捏 拢 轻 。S W3的滞 回环 饱 满 程 度 达 到 了 较 理 想 的水 平 ， 表 明其具 有很 好 的抗 震 能力 。 3 5 耗 能 结 构构件 的耗 能 能力 可 由其 滞 回环所 包 含面积 位移 mm ( a ) S W 1 位 移 n u n ( b ) S W2 位 移 mm ( c ) S W 3 图 4 各模 型 的 荷 载一 位 移 滞 回 曲线 Fi g 4 Loa d di s pl a c e m e nt Hy s t e r e t i c Cur v e s o f M o de l s 大 小来 反 映 ， 滞 回环 越 饱 满 ， 构 件 的耗 能 能 力 越 强 。 由于试 验模 型 的加载 历程 存在 差异 ， 为便 于 比较 ， 取 各试验模型滞 回曲线的外包络线 与位移坐标 轴所 围面 积作为其耗能 E 大小 的比较值 ， 其实测结果 见表 5 。 表 5 各 模 型耗 能 实 测值 Ta b 5 M e a s ur e d Va l u e s o f Ene r g y Di s s i p a t i o ns o f M o de l s 模型编号 E ( k N mm) E 相对值 S W 1 l 4 5 8 7 7 4 1 0 0 0 0 S W 2 33 6 9 6 1 5 2 31 0 0 S W 3 6 2 l 1 2 O 2 4 2 5 7 8 由表 5可见 ： 与普 通混 凝土 低矮 剪力 墙 S W1相 比， S W2的耗能值提高 了 l 3 l ， S W3的耗能值提 高 了 3 2 5 7 8 ， 说 明圆钢 管混 凝 土边 框 内藏 钢桁 架 低矮 剪力 墙 的耗 能 显 著 高 于 普 通 混 凝 土 低 矮 剪 力 2 9 6 3 O 3 6 9 2一 。o o o 吝 藕 椽 2 9 6 3 0 3 6 9 2 l O O O O O O l 2 9 6 3 O 3 6 9 2 l 0 0 0 O O O l 一 一 一 一 一 吝苣锯橼Nl 苣铺禧 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 张 建伟 ， 等 ： 圆铜 管混凝 土 边框 多重 组合低 矮 剪 力墙 的抗震 性 能 2 7 墙 ， 并 明显高 于 圆钢管 混凝 土边 框低 矮剪 力墙 。 3 6破 坏 特征 各试 验模 型 达到极 限荷载 ( 峰值 荷 载 ) 时的破 坏 特征 如 图 5 所 示 ， 最 终 破 坏 形 态 如 图 6所示 。各 剪 力墙 的破 坏特 征具 有 以下 特点 ： ( 1 ) 普 通混 凝 土 低 矮剪 力 墙 斜 裂 缝 出现 较 早且 发 展较 快 ， 随着 荷载 和位 移 的增加 ， 墙 板裂缝 逐 渐增 多 ， 反 复加 载形 成交 叉 。加 载后期 ， 墙 体两侧 根 部混 凝 土 出现脱 落 ， 暗柱 主筋 外露 ， 构件 逐 渐丧失 承 载能 力 ， 如 图 6 ( a ) 所 示 。 ( 2 ) 圆钢管 混凝 土边 框低 矮剪力 墙裂 缝 多 、 分布 域 广 ， 首 先在 墙体 左上 角 出现第 1 条 斜裂 缝 ， 裂缝 与 ( a ) S W1 破坏形态 ( b ) S W2 破坏形态 ( c ) S W3 破坏形态 图 5 极限荷载下模型的破坏特征 Fi g 5 Fai l u r e Cha r a c t e r i s t i c s o f M o de l s Unde r Ul t i m a t e Lo a d ( a ) S W l ( b ) S W2 ( c ) S W3 图 6 模 型 最 终 破 坏 形 态 Fi g 6 Fi na l Fa i l ur e M o d e s o f M o de l s 水平 夹 角 约 为 4 5 。 ， 沿 墙 板 对 角 线 向 右 下 角 发 展 。 加载 中期 ， 出现若 干条 交叉 斜 向下裂 缝 ， 随后 裂缝 宽 度不 断加 大 ， 并在 墙 板 对 角 方 向 出现 几 条 宽 度 较 大 的主 斜裂缝 。加 载后 期 ， 墙 板 主斜 裂 缝 间 的混 凝 土 开始剥落 ， 产 生类 似斜 压 杆 的效 应 ， 两侧 的钢管 边 框 柱脚 处钢管 鼓屈 ， 最终墙 体 中下部 区域 的混凝 土被 大 面积压溃脱 落而丧失 承载能力 ， 如图 6 ( b ) 所示 。 ( 3 ) 圆钢管混凝土边框 内藏钢桁架低矮剪力墙 裂缝 多而 细 、 分 布 域广 ， 由于钢 管混 凝土边 框 和 内藏 钢支 撑 的存在 ， 裂 缝开展 缓 慢 。加 载后期 ， 两 侧钢 管 底 部 首先 在与 水平 力 平 行 的侧 面 鼓 凸 ， 随 着 反 复加 载 ， 鼓 起处 反 复拉 压变形 ， 随后钢 管 底部在 与 水平 力 垂 直 的 2个 正面 亦 出现鼓 凸 ， 随着 加载 次数 的增加 ， 鼓 凸程 度逐 渐加 大 ， 形成 较 为 集 中 的耗 能 区 域 。因 钢支撑对斜裂缝 的有效约束 和 自身承压作用， 墙板 斜裂 缝 的分 布和 开 展相 对 较 均 匀 ， 没 有 形 成 宽 度 明 显较大的主斜裂缝 ， 墙体最终因底部混凝土被大面 积 压溃 而丧 失承 载能 力 ， 如 图 6 ( c ) 所 示 。 4 承载力计 算 剪 力 墙 在水 平 荷 载 与竖 向荷 载共 同作 用 下 ， 墙 肢 内部 产生 弯矩 、 剪力 和 轴 向压力 。试 验结 果表 明 ， 圆钢管 混凝 土边 框多 重组 合低 矮剪 力墙 在达 到极 限 荷 载时 ， 主要 表 现为 剪切 破坏特 征 ， 故其极 限荷载 主 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 建筑科 学 与工程 学报 2 O 1 1年 要 取决 于斜 截 面抗剪 承载 力 。基 于钢管 混凝 土边 框 剪 力墙 的力 学特 性 ， 本 文 中将 钢 管混 凝 土 边 框 剪 力 墙 的抗 剪 承载 力 分 为钢 筋 昆凝 土 墙 板 和钢 管 混 凝 土 柱 2 个 部分 加 以考 虑 ， 即 V V + V ( 1) 式 中 ： 为 钢筋 混凝 土墙板 的水 平抗 剪 承载 力 ； V 。 为钢 管混凝 土 柱 的水 平抗 剪承 载力 。 考 虑 3个 方 面 的贡献 ( 图 7 ) ： 混 凝 土剪 压 区 承担 的剪力 V _ l 叩； 与斜裂 缝相 交 的水平 分布 钢筋 的 抗 剪 承载力 V ； 与斜 裂缝 相交 的钢支 撑 的抗 剪 承 载 力 ， 即 ： ， 一 ， ” ， ， ： ， ， 一一 一一 一 ， 一一 一一 、 、， 、 7 ： 、 、 I 。 、 、 、 、 I 、 v 。 ， l l F r 图 7 钢 筋混凝土墙板 抗剪承载力计算模型 Fi g 7 Ca l c u l at i o n M o d e l o f Re i n f o r c e d Con c r e t e Pa ne l s S he a r Lo a d 。 c a r r yi ng Ca pa c i t y V 一V +V +V 二l 一 ( 0 5 f 6 。 + o 1 3 N ) 争 V 一厂y b A曲C O S ( 2) 式 中 ： 为计算 截 面处 的剪 跨 比 ， M V h 。 ， h 。 为 墙肢截面有效高度 ， M 为与剪力设计值 相应的弯 矩设 计值 ， 当 2 2时 ， 取 一 2 2 ； b 为墙 肢截 面宽度 ； A、 A 分 别 为截 面 的全 截 面面 积 和 腹 板 面 积 ； N 为 剪 力 墙 轴 向 压 力设 计 值 ； f 为墙肢水平分布钢筋的抗拉屈服强度 ； A 为 配置在同一水平截面内的水平分布钢筋的总截面面 积 ； S为水平 分布钢筋 的问距 ； f 为钢支撑的抗拉 屈服 强度 ； A 为 钢 支 撑 的 横 截 面 面 积 ； 8为 钢 支 撑 的倾角； f 为混凝土轴心抗拉强度设计值 。 图 7中， F 为钢支撑 的受拉合力 ， F 一f y b A N 为剪压区混凝土的受压合力。 钢 管混 凝土 柱 的抗剪 承 载力 l l V 。 】 一 ) ， A r ( 3) 式 中 ： y 为 抗 剪 承 载 力 的计 算 系 数 ， y 一 0 9 7 + 0 2 1 n ， 为约束效应系数 ， 一 f f 为混凝土 轴 心 的抗 压 强 度 标 准值 ， a为 钢 管 混 凝 土 柱 截 面 的 含钢率 ， a A A ， A 、 A 分 别为截面钢筋 的面积 和 混凝 土 的面积 ； A 为截 面 的总 面 积 ； k 为 抗 剪 屈 服 极 限 ， k 一 ( 0 4 2 2 + 0 3 1 3 a ) ， 、 ， ， 一 ( 1 1 4 +1 O 2 ) f k 。 各试验模型的承载力实测值与计算值比较见表 6 。可 以看 出 ， 计算 值 与实测 值 吻合较 好 。 表 6 承载力 实测值与计算值 比较 Ta b 6 Co m pa r i s o n s o f M e a s u r e d Va l u e s a nd Ca l c ul a t e d Va l u e s o f Lo a d c a r r y i ng Ca pa c i t i e s 模型编号 实测值 k N 计算值 k N 相对误 差 S W 1 5 5 3 9 7 5 2 4 3 2 5 35 S W 2 8 7 2 0 9 9 0 7 6 3 4 O 8 S W 3 1 l 6 7 O l 1 1 6 1 7 1 0 4 5 5 结语 ( 1 ) 圆钢 管混凝 土边 框 内藏 钢 桁 架 低 矮剪 力 墙 的抗 震性 能 比圆钢 管混 凝 土边框 低矮 剪力 墙 明显 提 高 ， 比普通混凝土低矮剪力墙显著提高。 ( 2 ) 圆钢 管混 凝 土 边框 内藏 钢 桁 架 低 矮 剪 力墙 和圆钢管混凝土边框低矮剪力墙的破坏形态明显不 同 于普通 混凝 土低 矮 剪 力 墙 ， 钢 管 混 凝 土边 框 柱 和 钢支撑的存在限制 了斜裂缝的开展， 提高了混凝 土 墙板的变形能力， 提高了剪力墙的后期刚度 和综 合 抗震 能力 。 ( 3 ) 圆钢管 混凝 土边 框 内藏 钢 桁 架低 矮 剪 力 墙 可用于抗震要求较高 的复杂高层建筑结构 ， 本文 的 研究结果可供设计参考。 参考 文献 ： Re f e r e nc e s ： 1 廖 飞宇， 陶 忠 ， 韩林海 钢一 混凝 土组 合剪 力墙 抗震 性 能研 究 简 述 J 地 震 工 程 与 工 程 振 动 ， 2 0 0 6 ， 2 6 ( 5)： 1 2 9 1 35 I I AO Fe i y u， TAO Zhon g， HAN I i n ha i A St a t e o f t h e - a r t Re v i e w o f Co mp o s i t e S h e a r W a l l s Un d e r Cy - c l i c L o a d i n g E J J o u r n a l o f E a r t h q u a k e E n g i n e e r i n g a nd Engi ne e r i ng Vi b r a t i o n， 2 0 06， 2 6( 5)： 1 29 1 3 5 2 G OE I S C Un i t e d S t a t e s J a p a n C o o p e r a t i v e E a r t h q u a k e En g i n e e r i n g Re s e a r c h P r o g r a m o n Co mp o s i t e a n d Hy b r i d S t r u c t u r e s E J J o u r n a l o f S t r u c t u r a l E n gi n ee r i ng， 2 00 4， 1 3 0( 2)： 1 5 7一 l 58 3 AN W AR H K M E x p e r i me n t a l a n d T h e o r e t i c a l B e h a v io r ( 下转第 3 3页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 赵 启 林 ， 等 ： 大跨 度预 应 力混 凝 土箱 梁桥 腹 板抗 裂敏 感性 与 配 索优 化 分析 3 3 E s 6 然科 学版 ， 2 0 0 7 ， 2 6 ( 6 ) ： 4 3 4 5 ， 1 1 4 CHEN Yu f e ng LUO Li ngW ANG W e i ho ng， e t a 1 M e c ha ni s m a nd Pr e c a ut i on a r y M e a s ur e s f o r Cr a c ki ng of Pr e s t r e s s e d Co nc r e t e Cont i nu ou s Box Gi r de r o f Con t i nu ou s a nd Ri gi d Fr a me Br i d ge s i n Se r v i c e Pha s e J J o u r n a l o f C h o n g q i n g J i a o t o n g Un i v e r s i t y ： Na t u r a l Sc i e nc e， 20 07， 2 6( 6)： 43 45， 1