建筑科学与技术

姜洪斌，陈再现，张家齐，等

建筑科学与技术

预制钢筋混凝土剪力墙结构拟静力试验研究

姜洪斌，陈再现，张家齐，等

目的：预制钢筋混凝土剪力墙结构施工速度快、产品质量好、节能环保优势明显，适合我国住宅产业化的发展需求。而各结构构件之间的连接技术是影响其抗震性能的主要因素。本文利用拟静力试验技术，探索插入式预留孔灌浆钢筋锚固搭接技术的可靠性。方法：利用拟静力试验技术，在实验室建成一栋足尺三层预制混凝土剪力墙子结构模型，研究该结构体系在地震作用下的受力机理、抗震性能和破坏形态。首先，根据提出的剪力墙水平和竖向连接技术，在工厂预制完成相应的部件，运到试验室进行相应的连接，完成实验模型的加工制作。之后，进行加载装置和测试装置布置。在三层顶设置两个量程为630 kN（250 mm）的电液伺服作动器施加相应水平荷载。沿模型高度方向设置10个高精度线性差动位移传感器（LVDT），其中每层层高处对称位置设置2个。最后，采用力-位移混合加载方式，完成了模型的拟静力试验。预载后，先进行力加载，每级增加50 kN，从0 kN加载至350 kN后，开始采用位移加载，每级位移加载的增量为3 mm，由6 mm加载至9 mm。结果：根据拟静力试验数据，可以得到结构模型的滞回曲线、刚度退化曲线：（1）给出了基地剪力与模型顶部位移、以及各层的滞回曲线。从图中可以看出试验模型已经进入塑性阶段，且推力作用和拉力作用下的刚度不对称，推力作用下刚度较拉力作用下刚度大，这是由于试验模型结构布置不对称造成的。（2）给出了拟静力试验过程中每个加载循环峰值处试验模型各层割线刚度情况表及退化曲线。从中可以明显看出试验模型推力作用和拉力作用下的刚度不对称，推力作用下刚度较拉力作用下刚度大。同时，在水平作用-100 kN～-200 kN和+100 kN～+150 kN时，试验模型刚度退化很不明显，结构处于弹性阶段；当水平作用-250 kN和+200 kN时，结构模型各层的刚度退化较明显，推力作用下1层到3层分别维持在初始刚度的76%、80%和69%，拉力作用下1层到3层分别维持在初始刚度的61%、70%和65%，此时试验模型达到屈服，但试验模型各层均未见有可见裂缝；试验模型屈服后，各层层刚度下降比较显著，当水平作用达到±9 mm，推力作用下1层到3层仅为初始刚度的35%、41%和33%，拉力作用下1层到3层仅为初始刚度的31%、25%和24%，此时在试验模型各构件上在水平作用时出现可见水平微裂缝。从上述刚度退化分析，预制钢筋混凝土剪力墙结构在出现可见微裂缝之前试验模型的刚度退化很显著，而从试验模型拟静力试验后的破坏程度可知，此时试验模型还处于基本完好阶段，且拟静力试验时各层最大的层间位移角仅为1.08‰。结论：足尺模型拟静力试验结果表明，预制钢筋混凝土剪力墙结构在出现可见微裂缝之前试验模型的刚度退化很显著，说明预制构件之间的节点变形能力较强，势必会改善结构的整体抗震耗能能力，这方面需要进一步的试验研究和分析，使预制混凝土剪力墙结构在抗震中发挥有利作用。此外，文中给出的试验模型参数以及拉压刚度结果，为后期拟动力子结构试验的开展奠定了基础。

来源出版物：建筑结构学报, 2011, 32(6)：34-40

入选年份：2015

钢筋活性粉末混凝土简支梁正截面受力性能试验研究

郑文忠，李莉，卢姗姗

摘要：目的：活性粉末混凝土具有高强度、高韧性、高耐久性等优点，在盐湖地区工程、海洋工程、化工车间等的建设中应用前景广阔。由于活性粉末混凝土与普通混凝土的组成成分有很大差别，其力学性能必存在不同于普通混凝土的自身特点，活性粉末混凝土构件的承载力计算以及活性粉末混凝土梁板的刚度及裂缝计算也一定不同于普通混凝土构件。本文通过钢筋活性粉末混凝土梁受弯性能试验，建立钢筋活性粉末混凝土梁的正截面受弯承载力、刚度、裂缝宽度的计算方法。方法：完成了6根钢筋活性粉末混凝土简支梁受弯性能试验。通过在梁侧沿梁高布置应变片，获得了试验梁在各级荷载下沿梁高的应变分布。通过在试验梁弯曲开裂前以每级荷载2.0 kN加载，实测了试验梁的弯曲开裂荷载和弯曲开裂应变。通过在试验梁二集中荷载作用点下方和二支座上方布置位移传感器，实测了试验梁在各级荷载读数下的变形。通过用米尺测量试验梁各级荷载下的裂缝间距，通过读数显微镜测量试验梁各级荷载下裂缝宽度，获得试验梁的裂缝分布与开展。通过在试验梁纯弯区段受拉纵筋上粘贴应变片，获得试验梁受拉纵筋在各级荷载作用下的拉应变。结果：发现钢筋活性粉末混凝土梁受压边缘极限压应变为5500×10-6，弯曲开裂应变为750×10-6，远高于普通钢筋混凝土梁的极限压应变3300×10-6和弯曲开裂应变80×10-6～120×10-6。由于活性粉末混凝土梁的弯曲开裂应变明显高于普通混凝土梁，同时由于活性粉末混凝土抗压强度明显高于普通混凝土，相同相对受压区高度的活性粉末混凝土梁纵向受拉钢筋配筋率明显高于普通混凝土梁，受拉纵筋对活性粉末混凝土梁截面抵抗矩塑性系数的贡献不可忽略。建立了这类梁截面抵抗矩塑性系数随纵筋配筋率的增大而增大的计算公式。通过令试验梁受弯承载力计算值与试验值相等，获得了正截面承载能力极限状态下受拉区活性粉末混凝土拉应力等效系数k＝0.25，考虑了受拉区活性粉末混凝土对受弯承载力的贡献。发现钢筋活性粉末混凝土梁的平均裂缝间距仍可按《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）计算，通过各级荷载下试验梁纯弯区段受拉纵筋的拉应变实测值，获得了使用阶段受拉区活性粉末混凝土所承担的弯矩计算公式和纵向受拉钢筋所承担弯矩的计算公式，进而建立了与《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）相协调的钢筋活性粉末混凝土梁抗弯刚度和裂缝宽度计算方法。结论：（1）活性粉末混凝土试验梁受压边缘极限压应变为5500×10-6，明显大于普通混凝土梁的3300×10-6。活性粉末混凝土试验梁纯弯区段开裂应变为750×10-6，明显大于普通混凝土梁的80×10-6～120×10-6。（2）由于活性粉末混凝土试验梁开裂应变明显大于普通混凝土梁，活性粉末混凝土试验梁中纵向受拉钢筋对开裂弯矩的贡献明显大于普通混凝土梁，故在活性粉末混凝土试验梁截面抵抗矩塑性影响系数计算公式中考虑了纵向受拉钢筋配筋率的贡献。（3）活性粉末混凝土试验梁正截面承载力计算，应考虑拉区活性粉末混凝土拉应力对正截面承载力的贡献，拉区活性粉末混凝土拉应力可暂取0.25倍活性粉末混凝土抗拉强度。基于试验结果，提出了合理考虑拉区活性粉末混凝土拉应力影响的使用阶段变形和裂缝宽度的验算方法。

来源出版物：建筑结构学报, 2011, 32(6)：125-134

入选年份：2015

高强度钢材箱形柱滞回性能试验研究

施刚，邓椿森，班慧勇，等

摘要：目的：我国是一个地震灾害多发国家，高强度钢材要广泛应用于钢结构，必须充分研究其抗震性能，以保证人民生命财产安全。但是，目前国内外针对高强度钢材钢结构抗震性能的研究还较少；各国抗震设计规范对钢柱板件宽厚比限值的规定，都是基于对普通强度钢材的研究，其限值是否适用于高强度钢材钢柱，尚缺乏必要的理论和试验依据。高强度钢材与普通强度钢材相比，其力学性能指标包括强度、屈强比、强化模量、屈服平台长度等有很大不同，这对钢柱的抗震性能会有较大影响。目前国内外对普通强度钢材钢柱进行了较多的抗震试验研究，但是对高强度钢材钢柱抗震性能的试验研究还很少。本文进行了5个Q460钢材等边箱形截面足尺压弯试件在常轴力、水平循环荷载作用下的试验，以研究其抗震性能。方法：试验的试件取为一端刚接、另一端为可水平移动的铰接的悬臂柱；先施加轴向压力并保持恒定，然后在悬臂端施加水平往复荷载，以模拟地震荷载。所有试件均为等边箱形截面，部分试件的板件宽厚比满足规范限值，部分试件的则超限；试件轴压比包括0.2和0.4。试验采用2000 t电液伺服加载系统。柱端布置位移计，以测量柱端水平位移和柱底转角；此外，柱端布置应变片，以测量其在加载全过程中的应变发展。根据《建筑抗震实验方法规程》（JGJ101—96），采用荷载-位移双控制的方法，在试验过程中保持柱顶轴向力的大小不变，屈服前水平加载采用力控制，屈服后采用位移控制。结果：试件破坏过程均为翼缘首先出现局部屈曲，然后腹板局部屈曲，承载力下降至破坏。破坏形态均为翼缘呈半波形状向内凹，腹板呈半波形鼓曲，所不同的是各试件翼缘和腹板屈曲变形最大点与加劲板上表面的距离以及屈曲变形范围不同。所有试件在加载过程中，均没有发生焊缝开裂。随着宽厚比的增大，试件局部屈曲也出现得越早，最大承载力出现的位移级越小，达到破坏时的位移级也越小。所有试件的滞回曲线均呈梭形，没有明显的捏拢现象出现。滞回曲线的饱满程度随着板件宽厚比的增大而逐渐降低。结论：Q460高强度钢材箱形柱在水平往复荷载下，试件的塑性变形和板件屈曲发展充分，滞回曲线饱满，具有很好的变形能力、耗能能力和抗震性能，适用于抗震钢框架。所有试件本身及其柱脚节点在循环荷载下均未发生焊缝开裂，表明设计合理和加工制作质量合格的Q460高强度钢材焊缝连接具有足够的承载力和抗震性能。在同一加载制度下，板件宽厚比越大，试件局部屈曲也出现得越早，最大承载力出现的位移级越小，达到破坏时的位移级也越小。随着宽厚比的增大，试件发生局部屈曲的范围及屈曲中心位置相对于试件截面高度的比值依次减小，即板件宽厚比越大，板件发生局部屈曲范围越小，最大屈曲位置距离端部越近，文中试件最大屈曲位置距固定端高度为0.25 B～0.5 B，塑性区范围距离固定端高度为0.72 B～1.06 B。建议在轴压比不大于0.2时，Q460钢材箱形截面压弯构件板件宽厚比限值不应大于30（换算Q235钢材宽厚比为42）。同时，轴压比对钢柱的抗震性能有较大影响，钢框架柱在进行抗震设计时，其板件宽厚比限值应与轴压比相联系，轴压比越大，板件宽厚比限值应越小。

来源出版物：建筑结构学报, 2012, 33(3)：1-7

入选年份：2015