不同双轴加载路径下T形截面RC剪力墙抗震性能试验研究

为了探究复杂多维地震作用下带翼缘剪力墙的损伤机理和抗震性能,进行了5个T形截面RC剪力墙的水平单、双轴拟静力试验,研究双轴加载对T形墙破坏模式、滞回性能、承载力、延性与耗能能力的影响,考察T形墙在不同双轴加载路径下的受力机理和多维抗震性能。结果表明:T形墙在单、双轴加载下的破坏均发生在墙肢自由端底部,双轴加载加剧了裂缝的开展和混凝土的剥落,且对翼缘的损伤影响更大;T形墙两正交方向的受力行为存在明显的相关性,双轴耦合受力产生的内力重分布和局部附加应力会改变T形墙的局部受力机理和整体性能,表现为一个方向受荷时,其正交方向在位移不变的情况下荷载会产生突变;相较于单轴加载,双轴加载下T形墙各方向承载力平均降低了6.90%,极限变形能力平均降低了11.28%,单个方向破坏时的累积耗能减小,且双轴耦合效应按“十”字形、“8”字形、矩形加载路径的顺序依次增强。鉴于地震动的随机性以及结构响应的多维耦合性会显著改变带翼缘RC剪力墙在实际地震作用下的抗震能力,建议在剪力墙结构抗震设计时合理考虑承载力的折减并适当减小层间位移角限值。

弯剪耦合破坏T形截面RC剪力墙抗震性能试验研究

针对T形截面RC(reinforced concrete)剪力墙潜在的翼缘受拉方向受剪控制破坏和翼缘受压方向受弯控制破坏共存的现象,对两个弯剪耦合控制和一个受弯控制T形墙进行了拟静力试验,对比分析了T形墙的裂缝分布形态和破坏机理,考察了剪跨比和水平钢筋配筋率对T形墙抗震性能的影响。结果表明:弯剪耦合控制T形墙的破坏集中于腹板自由端,且破坏区域沿斜向贯穿整个边缘约束区;减少水平钢筋配筋率会加剧T形墙斜裂缝和竖向错动裂缝的开展,并导致形心轴附近产生“分缝”现象,以此抵消剪切效应增强引起的变形能力降低;减小剪跨比会大幅降低T形墙的延性和耗能能力降低,并导致剪切变形占比增大至50%。各国规范对于T形墙受剪承载力的计算存在明显差异和不足,为实现“强剪弱弯”的抗震设计目标,安全起见应保证T形墙的受剪承载力至少高于受弯承载力15%;虽然弯剪耦合破坏T形墙在翼缘受拉方向的变形能力较差,但仍满足我国抗震规范关于罕遇地震下层间位移角限值的要求。

T形截面短肢剪力墙剪滞效应及其影响

利用变分原理求解T形截面短肢剪力墙的剪力滞系数和构件变形,讨论不同几何参数和荷载形式对剪力滞效应及变形的影响。用有限元法对翼缘板的纵向应力分布情况进行分析,并与初等梁理论及变分原理的计算结果进行比较,揭示了剪力滞效应对构件侧移刚度的影响程度。

T形截面RC剪力墙双向抗震性能对比分析

针对T形截面带翼缘剪力墙在单、双向反复荷载作用下的抗震性能进行了数值模拟,通过与试验结果比对,验证了有限元模型的适用性;进一步研究了双向荷载作用下双向加载路径、轴压比、边缘构件箍筋对T形截面剪力墙抗震性能的影响.结果表明:除个别情况外,双向加载较单向加载均表现出明显的双向耦合效应,承载力和延性降低,强度和刚度退化加剧,且加载路径对抗震性能影响显著;随着轴压比的增大,在两个加载方向上的屈服荷载和屈服位移增大,强度和刚度退化加剧,位移延性降低,除腹板端部受压外,其余方向的峰值荷载均有提高;减小约束边缘构件箍筋间距使得各项性能指标均有提高,但在翼缘受压方向影响较小.

带暗支撑T形截面短肢剪力墙抗震性能试验研究

通过6个1∶2缩尺的T形截面带暗支撑短肢剪力墙模型的低周反复荷载试验研究,分析比较了带暗支撑T形截面短肢剪力墙和普通T形截面短肢剪力墙的承载力、刚度及其衰减过程、延性、耗能、滞回特性及破坏特征。试验表明,加设钢筋混凝土暗支撑可显著提高T形截面短肢剪力墙的抗震性能。

带斜筋的T形截面单排配筋剪力墙翼缘方向抗震性能

传统粘土砖多层住宅结构已逐渐被淘汰,研发新型多层住宅结构体系已成发展亟需。为得到抗震性能好、造价低、施工简便的多层住宅建筑节能结构体系,提出了带斜筋的单排配筋混凝土剪力墙多层住宅节能结构。为了解其中T形截面剪力墙翼缘方向的抗震性能,进行了1个单排配筋混凝土T形截面剪力墙和1个带交叉斜筋的单排配筋混凝土T形截面剪力墙低周反复荷载试验,对比分析了2个剪力墙在翼缘方向的承载力、延性、刚度、滞回特性、耗能能力及破坏特征。试验研究表明,带交叉斜筋的单排配筋混凝土T形截面剪力墙的翼缘方向抗震性能明显优于不带斜筋的单排配筋T形截面混凝土剪力墙,可以更好地满足多层住宅结构抗震设计要求。

基于目标位移角设计的T形截面剪力墙抗震性能试验研究

通过2个基于目标位移角分别为1.0%和1.5%设计的、轴压比为0.4的T形截面剪力墙拟静力试验,研究T形截面剪力墙基于目标位移角设计方法的有效性,以及研究基于不同目标位移角设计的剪力墙的破坏形态、滞回性能及变形能力等抗震性能。试验结果表明:2个试件的破坏形态均为压弯破坏,受拉端纵筋屈服,腹板端混凝土压溃及纵筋压曲、拉断,翼缘端少量混凝土保护层脱落;试件的顶点水平力-位移滞回曲线较为饱满,峰值承载力试验值大于规范计算值,翼缘受拉时承载力更大,翼缘受压时等效刚度退化较缓慢;试件翼缘端未设置约束边缘构件,腹板端约束边缘构件的长度小于现行规范的规定,2个试件的极限位移角试验值分别为按材料强度实测值计算的目标位移角的1.33倍和1.25倍;可采用基于目标位移角的方法,设计高轴压比T形截面剪力墙约束边缘构件的长度及配箍特征值。

带构造边缘构件的T形剪力墙抗震性能研究

为研究带构造边缘构件的T形截面剪力墙的抗震性能,完成了1个T形剪力墙试件的拟静力试验,以及进行了构造边缘构件参数影响有限元分析。试验结果表明:按照规范设计的带构造边缘构件的T形剪力墙试件,翼缘端受拉时的峰值水平力为腹板端受拉时峰值水平力的1.58倍;腹板端受压时,达到峰值点后,水平力迅速下降,腹板端混凝土明显破坏,极限位移角满足罕遇地震作用下剪力墙结构弹塑性位移角限值的要求,但弹塑性变形能力远小于翼缘端受压时的变形能力。有限元计算结果表明,增大腹板端构造边缘构件长度或提高其配箍特征值,都可以提高T形墙腹板端受压时的弹塑性变形能力。

<形、L形、T形截面剪力墙配筋研究

为解决<形、L形、T形截面剪力墙配筋设计,参考《复杂截面剪力墙配筋研究》,采用混凝土单轴受压简化应力—应变曲线和应变线性分布的平截面假定,积分计算剪力墙正截面承载力。通过不同纵筋形心位置矩形截面剪力墙正截面承载力骨架曲线比较分析,指出将纵筋设计于边缘构件中不够经济合理。通过<形、L形、T形截面剪力墙承载力骨架曲线分析,并与ACI318-99,BS8110-97和GB50010-2002国内外规范比较,说明本文方法比较安全、可靠、合理。最后通过算例,将本文配筋方法应用于<形、L形、T形截面剪力墙配筋设计,揭示了目前某些软件针对<形、L形、T形截面剪力墙所采取的分段设计方法不够安全合理的隐患。

局部设缝T形截面短肢剪力墙轴压比限值分析

运用Matlab软件计算了轴压比n=N/fcA,受压与受拉纵筋面积比A's/As不同时构件几种弯矩与曲率,分析了T形截面短肢剪力墙曲率延性的影响,绘制了M-ψ曲线。表明随轴压比n增大,延性降低,随纵筋面积比A's/As增大,延性提高,表明合理控制轴压比n,适当提高受压与受拉纵筋面积比是改善其抗震性能的有效措施。

〈形、L形、T形截面剪力墙配筋研究

为解决〈形、L形、T形截面剪力墙配筋设计，参考（复杂截面剪力墙配筋研究），采用混凝土单轴受压简化应力一应变曲线和应变线性分布的平截面假定，积分计算剪力墙正截面承载力。

型钢混凝土T形截面剪力墙基于性能的变形限值研究

为更好地评估T形截面型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)剪力墙变形性能,采用ABAQUS有限元软件对按照规范设计的324个T形截面SRC剪力墙构件的破坏形态和变形性能进行研究,根据收集的试验数据分析构件的破坏形态,提出T形截面SRC剪力墙的破坏形态划分准则;以构件的各材料应变极限值为准则来判别构件的性能状态,考虑轴压比、剪跨比、弯剪比、腹板暗柱配钢率、暗柱纵筋配筋率及箍筋暗柱特征值对构件变形性能的影响。对不同性能状态变形限值和参数进行线性回归分析,得到不同破坏类型下各性能状态位移角限值计算式;按规范ASCE 41修正各性能状态变形限值的失效概率,得到具有15%、20%、35%失效概率保证的各性能状态变形限值取值表。研究表明:剪跨比、轴压比对构件各性能状态位移角限值影响较大,暗柱腹板配钢率、纵筋配筋率及箍筋特征值对构件位移角限值影响相对较小,但能提高其延性。按规范ASCE 41修正后的位移角限值取值较为合理且有一定的安全储备。为T形截面SRC剪力墙基于性能的抗震设计与性能评估提供参考。

基于ANSYS的型钢混凝土T形短肢剪力墙的数值分析

利用ANSYS软件对型钢混凝土T形短肢剪力墙采用实体建模的方法进行了数值模拟分析,考虑了混凝土强度等级、墙肢截面高厚比、轴压比对型钢混凝土T形短肢剪力墙受力性能的影响,建立了三组共13个有限元模型试件,对结构在单调水平荷载作用下的延性和承载力进行了比较,得出的结论对型钢混凝土T形截面短肢剪力墙的理论研究和工程应用具有重要的参考价值。

T形截面剪力墙约束边缘构件设计建议

约束边缘构件的构造对剪力墙抗震性能影响较大,抗震规范对T形截面剪力墙约束边缘构件的配筋及长度的相关规定可能存在不足。为研究T形截面剪力墙约束边缘构件的合理构造,基于有限元平台OpenSEES,建立了T形截面剪力墙纤维模型,仿真结果与试验数据吻合良好,验证了有限元模型的合理性和可靠性。在此基础上,研究T形截面剪力墙翼缘端约束边缘构件纵筋配筋率和腹板自由端约束边缘构件长度对其抗震性能的影响,结果表明:抗震规范对T形截面剪力墙翼缘端约束边缘构件纵筋配置的要求过于保守;降低翼缘端约束边缘构件的纵筋配筋率、同时增加腹板端约束边缘构件长度,可显著提升T形截面剪力墙抗震性能,且用钢量减少。借鉴美国规范ACI 318⁃19,提出了确定T形截面剪力墙腹板端约束边缘构件长度的简化方法,给出了T形截面剪力墙约束边缘构件的设计建议。

型钢高强混凝土T形短肢墙承载力试验研究

型钢高强混凝土短肢剪力墙较普通钢筋混凝土短肢剪力墙具有承载力高、延性好等优点。为了研究型钢高强混凝土T形截面短肢剪力墙的正截面受力性能及不同型钢骨架形式对其性能的影响,本文通过对两个含实腹式型钢骨架和一个含桁架式型钢骨架的型钢高强混凝土T形截面短肢剪力墙试件进行正截面偏心压力作用下的试验研究,以揭示该类构件的工作机理、破坏形态和极限承载力。试验研究表明:型钢高强混凝土T形截面短肢剪力墙的破坏过程与普通短肢剪力墙相似,横截面的平均应变基本符合平截面假定,型钢与混凝土能够保持协同工作,两种配钢形式的构件受力性能差别不大。

短肢剪力墙的修正空间刚度矩阵及动力反应分析

以T形短肢剪力墙为例,考虑剪切滞后的影响,提出异形截面肢多垂直杆模型。利用变分法推导出空间单元刚度矩阵。针对实际中的弯剪变形相关,对刚度矩阵进行了修正,并进行了地震荷载的动力反应分析。通过比较修正前与修正后的计算结果,表明经过修正后的刚度矩阵使短肢剪力墙结构的性能更符合实际情况。

基于PIV技术的T形截面RC剪力墙变形性能研究

为了解决剪力墙变形全过程解耦问题,基于3个T形截面RC剪力墙的拟静力试验,采用高精度无干扰测试手段——粒子图像测速(PIV)技术对塑性铰区内的变形进行了全过程测量和筛分,并据此计算出了剪力墙顶点弯曲位移、剪切位移和滑移位移,结合试件的损伤演化过程分析了各变形分量在加载过程中的变化规律,根据莫尔圆理论讨论了各变形分量对总变形的贡献。结果表明:对于弯曲破坏为主的T形墙,翼缘受拉方向剪切变形所占比重普遍小于翼缘受压方向;在受剪钢筋未达到屈服以及混凝土斜压杆未严重软化的情况下,顶点剪切位移与总位移之比在整个塑性阶段基本保持一定值,该比值可达15%左右,而滑移位移基本控制在总位移的3%以内。因此,在T形截面RC剪力墙变形能力计算时应计入剪切变形而忽略滑移变形的贡献,并合理考虑剪切刚度的退化。

加载角度对T形SRC短肢剪力墙承载力的影响

为解决方向随机的地震作用下异形短肢剪力墙损伤机理复杂的问题,通过3片T形截面型钢混凝土(SRC)短肢剪力墙进行拟静力试验,利用有限元软件DIANA进行60种工况下的数值计算,研究水平加载角度、轴压比和剪跨比对墙肢受力性能的影响.研究结果表明:与沿0°方向加载试件相比,沿45°方向加载试件的水平承载力降低、延性和抗倒塌能力提高,增大剪跨比更为显著;试件水平承载力受轴压比的影响不大,但与加载角度的相关性较强.以加载角度0°为基准,正向承载力在0°~50°范围内相对稳定,在51°~90°范围内逐渐降低,变幅约在-25%~8%之间;以加载角度180°为基准,负向承载力逐渐上升、稳定再逐渐降低的临界点依次为130°和150°,变幅约在-23%~14%之间.

带斜筋单排配筋T形截面剪力墙的抗震性能

为取代黏土砖多层住宅结构,提出带斜筋单排配筋混凝土剪力墙多层节能住宅结构,其抗震性能显著优于砖砌体结构,且与普通混凝土剪力墙结构相比,具有施工简便、造价低的特点,便于推广应用。为了解该新型结构体系中T形截面剪力墙的抗震性能,对1个单排配筋T形截面混凝土剪力墙和1个带斜筋单排配筋T形截面混凝土剪力墙进行低周反复荷载试验,对比分析其承载力、延性、刚度、滞回特性、耗能能力及破坏特征。试验研究表明,斜筋可以有效限制剪力墙的基底剪切滑移,使得带斜筋单排配筋T形截面混凝土剪力墙的抗震性能明显优于不带斜筋单排配筋T形截面混凝土剪力墙,可以更好地满足多层住宅结构抗震设计要求。

型钢混凝土T形截面构件抗震性能试验研究

通过15个型钢混凝土T形截面构件的低周反复荷载试验,研究了型钢混凝土异形柱和型钢混凝土短肢剪力墙的抗震破损机理及其性能差异,分析了配钢形式、加载方向、剪跨比、肢截面高厚比、轴压比和配箍率等参数对其抗震性能的影响,基于经典四叶状花瓣理论,提出了型钢混凝土T形截面构件双向受剪承载力预测模型。研究结果表明：剪跨比小或配空腹型钢的构件易出现剪切型破坏,而剪跨比大或配实腹式钢构件易出现弯曲型破坏,型钢外围无钢筋笼骨架的易出现黏结破坏;配实腹式钢的T形截面柱在承载能力、刚度退化、位移延性、层间位移角以及耗能能力上均优于配空腹式钢的T形截面柱,沿45°方向加载有利于两柱肢材料力学性能的发挥;肢截面高厚比的增加有利于提高构件的承载力,但降低其位移延性和耗能能力;轴压比在提高型钢混凝土T形截面构件受剪承载力的同时降低了变形能力,而增加配箍率可同时增加型钢混凝土T形截面构件的受剪承载力和变形性能。