1、轴向压力对复合墙板抗震性能的影响第 33 卷第 2 期2001 年 6 月西安建筑科技大学J.XianUniv.ofArch.Tech.VoL33No2un.2001轴向压力对复合墙板抗震性能的影响张同亿,吴敏哲,于庚荣(1.西安建筑科技大学土木 T 程学院,陕西西安 710055;2.天津大学建 Y-系,天津300050)摘要:根据 4 块复合墙板低周反复荷载试验结果的对比分析 ,研究了轴向压力和水平荷载共同作用时复合墙板受力的特点,探讨了轴向压力对复舍墙板的破坏形态,承载力,剐度以及变形与耗能性能的影响.关键词:复夸墙板;抗震性能;承栽力;剐度中囤分类号:TU352.1 文献标识码:A 文
2、章编号:1006.7930(2001)02.0127-)4InfluenceofaxialpressureontheseismicpropertyofsandwichwallpanelZHANGTong?yi,唧 Min-zhe,yUQing?tong(1.SchoolofCivilEng.,XiallUniv.ofArch.AndTeeh.Xian710055.China;2.Dept.ofCons.Eng.,TianjinUniv.Tiann300050.China)Abstract:Inthispaper,basedonthequasi.statictestofoursandwichwa
3、llpanels?thecharacterofsandwichwallpanelunderaxialpressureandhorizontalforceisanalyzed.Somebehaviorssuchasthefailureform,thecarryingcapacity,thestiffness.thedeformationandenergydissipationbehaviorofthissandwichwallpanelarediscussed.Keywords:sandAchwallpanelfseismicbehaviorfcarryingcapacfstiffness复合墙
4、板用作多层小高层建筑结构的承重外墙,具有优良的隔热,蓄热性能以及较好的结构性能.文献 23分别对现浇复合墙板 ,装配整体式复合墙板的抗震性能进行了研究 ,并给出了相关构件设计的建议.但是,由于试验时构件没有施加轴向压力,其受力状态与实际受力状态不尽一致,导致相关结论偏于保守.本文进行了轴向压力作用下的复合墙板低周反复荷载试验,通过与无轴压作用的复合墙板试验结果对比,分析了轴向,水平荷载共同作用下复合墙板受力的特点,探讨了轴向压力对复合墙板的破坏形态,承载力,刚度以及变形与耗能性能的影响.1 试验概况共设计 1/2 比例模型试件 4 块,复合墙板模型宽 L=2800mm,高 H 一 1350mm
5、,其边框截面尺寸为 250mmX85mm,梁截面尺寸为 200mmX85mm,均配 410 主筋,箍筋 4100,粱端及柱端按450 加密.墙板中间采用 25mm 厚聚苯乙烯泡沫板,两侧均为 30mm 厚混凝土,配置冷拨钢丝网为 2.2505O.墙板与底粱连接锚笳为双排 6150.试件的混凝土强度有所差异,分别编号为W11,W 卜 2,W61,W62.试件 Wl 一 1,Wl 一 2 无轴向压力作用.试件 W6.1 试验分为两个阶段,第一阶段施加 588.0kN 轴向压力,当水平荷载达到 400.0kN 时中止试验,此阶段用 W61.K 标记第二阶段施加 294.0kN 轴向压力,至试验终止,
6、用 W6?1 标记 .W6?2 所受的轴向压力为 196.0kN.轴向压力由恒压千斤顶施加,利用收翦日期 2000-10-02作着簿介;张同亿(1974?),男 .山东阳谷I 西安建筑科技大学博士研究生128 西安建筑科技大学第 33 卷缝构件破坏时,墙板中的主斜裂缝完全贯通 ,宽达 3iTem 左右,图 1 加荷示意图墙板发生剪切斜压破坏,图 2(b)中给出 W61 最终裂缝图.2 轴向压力和水平荷载共同作用时复合墙板受力特点2.1 夹芯墙板的受力特点为了了解夹芯墙板有,无轴向压力作用时应力分布的变化,在水平力接近屈服荷载时,将 W11 受拉时以及 W62 受推时夹芯板内上,中,下三个水平断
7、面处竖向钢丝的应变分布绘于图 3(a),Co).(ajW图 2 试件裂缝图水平位置/mm 水平位置/mma)fbJ图 3 墙板竖向铜丝的应变分布由图可见:只有水平荷载作用时,夹芯墙板的最大竖向拉 ,压应力均出现在锚筋顶部,墙板 1/2 高度处的钢丝基本处在受拉状态.轴向压力,水平荷载共同作用时,夹芯墙板的最大竖向拉,压应力均出现在墙板 1/2 高度处,并且这一水平面处的钢丝大部分受压 .出现上述现象的原因为:无轴向压力作用时,钢丝应力受底部水平裂缝的影响较大,有轴向压力作用时,钢丝应力受墙板中部剪切斜裂缝的影响较大(参见图 2),所以钢丝最大应力的部位发生了变化.另外,无轴向压力作用时,复合墙
8、板在对中的水平荷载作用下,处于简单的平面应力状态,而在轴向压力和水平荷载共同作用下,受边框约束的夹芯板受力比较复杂,如果是轴心受压或者平面内偏心受压,夹芯墙板会出现向两侧膨胀的趋势,如图 4(a)所示,如果是平面外偏心受压,夹芯墙板会出现平面外弯曲现象,如图 4(b)所示,两者都会导致墙板 1/Z 高度处的钢丝应力变化.对于后一种情况,可以参考文献456确定,对前一种情况,可以通过增加斜插拉结钢丝的数量加以解决.但是,拉结钢丝配置的最优化问题仍有待进一步研究.2.2 边框的受力特点在复合墙板中,边框约束作用的存在除了增强夹芯板的抗剪承载力外,本身还决定图 4 墙板平面外变形示意图第 2 期张同
9、亿等:轴向压力对复合墙板抗震性能的影响了复合墙板的抗弯承载力,其受力特点非常重要.通过试验,我们发现以下现象:无轴向压力作用时,复合墙板在水平力的作用下,边框柱主筋最大应变出现在根部,有轴向压力作用时,边框柱主筋最大应变出现 1/2 高度处.这使得边框最不利受力截面增多,设计时应该予以考虑出现上述现象的原因为:边框受到的弯矩为水平力作用下产生的弯矩 (图 5(a),轴向压力作用下产生的弯矩(图 5(b)以及夹芯墙板膨胀反作用力产生的附加弯矩(图 5(c)的组合结果,在轴向压力作用下,边框对夹芯墙板的约束作用大大增强,受到夹芯墙板膨胀反作用力而产生的附加弯矩也急剧增大.从而使得边框柱所受弯矩的最
10、大值出现在 1/2 高度处 ,如图 5(d)所示.门图 5 边框弯矩示意图3 轴向压力和水平荷载共同作用时复合墙板抗震性能的变化3.1 复合墙板的破坏形态复合墙板的破坏形态大致可以分为三种:弯曲破坏, 剪切破坏以及界面滑移破坏,其最终破坏形式取决于对应的三种性能极限承载力的相对大小.试件 Wl 一 1,Wl 一 2 的抗剪强度大于抗弯强度和抗滑移强度,发生弯曲(弯剪) 破坏;试件 W61,W62 的抗剪强度小于抗弯强度和抗滑移强度,所以发生剪切斜压破坏.这说明,轴向压力作用下,复合墙板的承载力有很大提高,但是,各种性能承载力的提高幅度是不同的.对于本次试验中剪跨比较小的构件,其抗弯,抗滑移承载
11、力的提高幅度远高于抗剪承载力的提高幅度,致使试件的破坏形态出现较大差异.3.2 复合墙板的承载力表 1 中给出了各试件的开裂荷载,极限荷载.为了更实际地反映出轴向压力对构件承载力的影响,本文利用文献2中提出的承载力性能比,剔除混凝土强度的彩响,将各试件的裹 1 试件的开裂荷载,极限荷畦噩性能比开裂荷载性能比,极限荷载性能比列入表 1 中.可见,轴向压力作用提高了复合墙的开裂荷载,极限荷载,尤其是开裂荷载得到很大提高.这说明文献2中提出的用开裂荷载进行构件设计时,不计入结构中实际存在的轴向压力是过于保守的.另外,轴向压力越大,构件的水平承载力提高越多.需要说明的是,试件 W62 的承载力提高偏少
12、,是由于试验时水平荷载未能准确对中,试件产生较为明显的扭转效应,使得复合墙板受弯,剪,扭复合作用,极限承载力有所下降.3.3 复合墙板的刚度为了更直观地了解轴向压力对复合墙板的剐度,变形性能的彩响,将试件 W11,W12,W61 一 K,w6.1,W6.2 的部分骨架曲线绘于图 6.显然,后三个复合墙的初始刚度显着增大.究其原因,一是混凝土的强度不同,二是轴向压力使试件抗弯强度大大增加,延迟了试件弯曲裂缝的出现,从而增大了试件的初始刚度.剔除混凝土强度的彩响,以试件开裂时(W61 一 K 取 30t 水平荷载时)的刚度为准,经计算可得,w61 一K,W61,W62 初始刚度分别是 w11 初始
13、刚度的 2.89,2.22,2.32 倍(W62 初始刚度偏高是由于前述水平荷载束能准确对中所致).这说明,轴向压力作用虽然会导致试件初始刚度增加,但两者之间并非正比例关系.研究发现,试件初始刚度与其极限承载力有关,具体关系作者另文详述.西安建筑科技大学第 33 卷3.4 复台墙板的变形爰耗能性能将各试件的延性系数以及平均极限转角列人表 2.比较两组试件相应的试验结果,可见轴向压力虽然使复台墙板的延性系数大大提高,但是对试件的极限变形能力影响不是特别显着.这是因为试件在竖向荷载作用下,其屈服位移有所减小,致使其喜延性系数不降反升,但是试件的变形能力没有相应提高.另外,比较试件 W6 一 l 与
14、 W62 的平均极限转角可知,轴向压力过高时,试件的变形能力有下降的趋势.寰 2 试件的变形与耗能将试件 W62 的滞回曲线绘于图 7 中,与文献2 中试件W11 的滞回曲线相比 ,显然轴向压力作用下试件的滞绘环面积明显增大,耗能能力有所增强.为了更台理地衡量试件的耗至能能力,将试件屈服时的水平力与其极限位移相乘,可得试件,的功比指数,也列于表 2 中.可见轴向压力作用下,复台墙板的功比指数大幅度提高,说明一定轴向压力作用下复台墙板的耗能能力大大提高;另外,由试件 W6 一 l 与 W62 的功比指数可见,过大的轴向压力会使试件耗能能力降低.4 结论(1)轴向压力和水平荷载共同作用下,复台墙板
15、的受力比较复杂,内力分布有所变化.图 6 试件骨架曲线一凌删爹一 u 一_一一_6o5m图 7 试件 w2 滞回曲线(2)轴向压力作用下,复台墙板的开裂荷载,极限荷载(水平荷载)都有大幅度的提高.(3)轴向压力可以提高复合墙板的根限各种承载力,但是,对于剪跨比较小的构件而言,其抗弯,抗滑移承载力增大幅度高于抗剪承载力的增幅.(4)轴向压力作用可以大大提高构件的初始刚度.(5)轴向压力对复合墙板的极限变形性能影响不大,但是对其耗能能力影响很大:一定的轴向压力作用可以提高复合墙板的耗能能力,但轴向压力过大时构件耗能性能反而会出现下降趋势.参考文献:13PcICommitteonPrcastSand
16、wichWallPanels.State-of.theArtofPecast/PrestressedSandwichWallPanek,.PCIJourna1.1997.42(2):92133.2张同亿等. 带框复合墙顿抗震性艟试验研究,. 西安建筑科技大学,2000,32(3):209212.3张同亿等. 装配整体式复合墙板抗震性艟试验研究J.西安建筑科技大学.2000,32(4)325328.4SalmonDc,EineaA.TadorsMKandCuplTD.FullScaleTestingofPrecastConcretsSandwichPanelsJ.ACIStructuralJourna1.1997.94(4):354362.5EineaA,SalmonDC.TadorsMKandCulpTD.ANewStructurallyandThermallyEfficientPrecastSandwichPanelsystemJ.PCJournal,1994,39(1):90101.6SalmonDC,EineaA.PartiallyCompositeSandwichPanelDeflectionI.ASCEJournalofStructuralEngineeringt1995,121(4):778?83.
