混凝土夹芯复合板抗震性能试验研究_赵考重.pdf

第 53 卷 第 5 期2023 年 3 月上建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.5Mar.2023DOI:10.19701/j.jzjg.20201437 第第一一作作者者:赵考重,硕士,教授,硕士生导师,主要从事工程结构防灾减灾研究,Email:13705319335 。混凝土夹芯复合板抗震性能试验研究赵考重1,2,刘梦璇1,黄良朋1(1 山东建筑大学土木工程学院,济南 250101;2 山东省建筑结构鉴定加固与改造重点实验室,济南 250101)摘要:通过 9 片混凝土夹芯复合板的拟静力试验,对一种混凝土夹芯复合板在低周反复荷载下的抗震性能进行了研究,研究了高宽比、竖向压应力对墙板抗震性能的影响。结果表明:通过设置适当的连接件,能够保证混凝土夹芯复合板两侧混凝土面层整体工作,该种墙板具有良好的抗震性能;混凝土夹芯复合板具有较高的抗剪承载力,在水平荷载作用下最终发生正截面受压破坏,未产生剪切破坏;由于钢筋网强度较高,试件破坏时钢筋强度未得到充分发挥;墙板内的钢筋网对墙板的抗震性能具有重要影响,钢筋网应为完整的网片,不能由两片点焊拼接而成;混凝土夹芯复合板的延性与高宽比及竖向压应力有关,高宽比及竖向压应力越大,延性越好;墙板的水平抗侧承载力由正截面弯曲受压决定,其承载力可参照钢筋混凝土剪力墙计算,但计算时考虑到钢筋强度不能充分发挥作用,应将钢筋的强度乘以 0.55 的利用系数。关键词:混凝土夹芯复合板;拟静力试验;抗震性能;延性;刚度 中图分类号:TU398.2 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)05-0047-06引用本文 赵考重,刘梦璇,黄良朋.混凝土夹芯复合板抗震性能试验研究J.建筑结构,2023,53(5):47-52.ZHAO Kaozhong,LIU Mengxuan,HUANG Liangpeng.Experimental investigation of seismic performance on concrete sandwich composite plateJ.Building Structure,2023,53(5):47-52.Experimental investigation of seismic performance on concrete sandwich composite plate ZHAO Kaozhong1,2,LIU Mengxuan1,HUANG Liangpeng1(1 School of Civil Engineering,Shandong Jianzhu University,Jinan 250101,China;2 Shandong Provincial Key Laboratory of Appraisal and Retrofitting in Building Structures,Jinan 250101,China)Abstract:Based on the quasi-static test of nine concrete sandwich composite panels,the seismic performance of a kind of concrete sandwich composite panel under low cyclic loading was studied.The influence of height width ratio and vertical compressive stress on the seismic performance of the wall panel was studied.The results show that the concrete surface layer on both sides of the concrete sandwich composite panel can be ensured to work as a whole by setting appropriate connectors,and the wall panel has good seismic performance.Concrete sandwich composite plate has high shear capacity,under the action of horizontal load,the normal section compression failure occurs,but no shear failure occurs.Due to the high strength of the steel wire mesh,the strength of the steel bar is not fully used when the specimen is damaged.The steel mesh in the wall panel has an important impact on the seismic performance of the wall panel,and the steel mesh should be a complete mesh,and can not be made by two pieces of spot welding.The ductility of concrete sandwich composite slabs is related to the ratio of height to width and vertical compressive stress.The ductility is better when the ratio of height to width and vertical compressive stress are larger.The horizontal lateral bearing capacity of the wall panel is determined by the bending and compression of the normal section,and its bearing capacity can be calculated with reference to the reinforced concrete shear wall.However,considering that the strength of the steel bar can not play a full role in the calculation,the strength of the reinforcement should be multiplied by the utilization factor of 0.55.Keywords:concrete sandwich composite plate;quasi-static test;seismic performance;ductility;rigidity 0引言 建筑节能的有效途径之一就是对外墙结构进行改造。混凝土夹芯复合板是一种集保温和结构于一体的复合墙板,其将外墙保温材料放入墙体内部,不仅可以解决保温材料的脱落问题,并且相对于传统复合墙板具有墙板薄、自重轻、构造简单、运输及装配方便的优点。目前,国内外有不少学者研究混凝土复合建 筑 结 构2023 年墙板力 学 性 能1-4及 混 凝 土 复 合 墙 板 抗 震 性能5-9,并做了大量的试验研究,得到了有益的结论。本文研究的是一种主要应用于单层或多层房屋的夹芯复合板,墙板厚度为 120mm,中间为厚度为 50mm 的聚苯乙烯保温板,两侧为钢筋网混凝土面层,面层厚度均为 35mm,两侧钢筋网通过金 属 连 接 件 连 接 成 为 一 体,连 接 件 间 距500mm,梅花状布置。钢筋网网格为 50mm,钢筋为 s4 冷拔钢丝。为了指导工程设计,本文对这种夹芯复合板的抗震性能进行了试验研究,通过进行水平低周反复试验,研究混凝土夹芯复合板在水平地震作用下的破坏形态,得到了混凝土夹芯复合板抗震受剪机理及抗震性能。1试验概况1.1 试件设计 本试验共设计了 9 个试件,分为 A、B、C 组,每组 3 个试件。A、B、C 组混凝土夹芯复合板试件的高宽比分别为 1.5 1、1 1、1 2,对应试件尺寸(高 宽)分 别 为 1 500mm 1 000mm、1 500mm1 500mm、1 000mm2 000mm。试件的竖向压应力分别取 0.66、1.00、1.33MPa,大致相当于四层建筑的一、二、三层墙体所承受的竖向压应力。为方便施加荷载,在墙板顶部设置压梁,试件底部设置底梁。混凝土夹芯复合板混凝土强度等级为 C50,压梁及底梁的混凝土强度等级均为 C30。三种尺寸的试件尺寸示意如图 13 所示。试件编号及相关参数见表 1。图 1 A 组试件尺寸示意图 2 B 组试件尺寸示意图 3 C 组试件尺寸示意表 1 试件编号及相关参数组别试件编号试件尺寸(高宽)/mm竖向荷载/kNA 组A11 5001 00080A21 5001 000120A31 5001 000160B 组B11 5001 500120B21 5001 500180B31 5001 500240C 组C11 0002 000160C21 0002 000240C31 0002 0003201.2 加载方案 试验加载系统包括竖向加载系统和水平加载系统两部分。竖向荷载由液压系统施加,水平向低周反复荷载采用液压伺服加载系统施加,试验加载装置如图 4 所示。试验时,首先施加竖向荷载至预定值,然后反复循环加卸水平荷载。试验全程采用位移控制,混凝土夹心复合板开裂前每一循环按位移增幅0.4mm 或者 0.8mm 控制(根据试件总位移而定);试件开裂后增大每一个循环的位移增幅。当荷载下降到极限荷载的 85%时,停止试验。84第 53 卷 第 5 期赵考重,等.混凝土夹芯复合板抗震性能试验研究图 4 试验加载照片1.3 量测内容 试验的主要量测内容包括变形测量和钢筋、混凝土应变测量。在水平加载过程中,试件可能会相对试验台面产生滑移,因此,在墙板顶部及底梁位置处安装了位移计,以便得到试件的真实水平位移;墙板表面沿对角线选取 5 个测点粘贴应变片,测量混凝土应变;在镀锌冷拔钢丝上粘贴应变片,测量钢筋的应变;同时在试验过程中关注墙板裂缝的发展与分布状况。图 5 应变片布置示意图2试验结果及分析2.1 试件破坏过程 混凝土夹芯复合板在加载初期,水平位移增幅较小,荷载-位移曲线呈线性变化,墙板处于弹性阶段。当水平荷载达到一定数值时,首先在墙板底部出现短小的水平裂缝,随着位移的增大,裂缝向板中延伸,并且出现大量新的斜裂缝,推拉两个方向形成相互交叉贯穿墙板的斜裂缝。随着荷载的增加,个别受拉的竖向钢筋从底梁内被拔出,此时钢筋应力接近屈服强度。对于高宽比为 1.5 1 和1 1 的试件,水平荷载接近极限承载力时,试件墙板角部混凝土被压碎,钢筋网竖向钢筋被压屈,试件发生破坏,试件破坏时水平钢筋未达到屈服强度,而竖向钢筋由于产生锚固破坏,也未达到屈服强度。对于高宽比为 1 2 的试件,其破坏特征有所不同,墙板底部角部未发生混凝土被压碎现象,试件 C1 和试件 C3 在距底部 120mm 位置形成贯通的水平裂缝而破坏,试件 C2 在距顶部 220mm位置形成贯通的水平裂缝而破坏。分析试件 C1、C2、C3 破坏原因是,这三个试件同一侧钢筋网片并非一个完整的钢筋网片,由上下两片组成,且上下两片通过点焊连接,如图 6 所示。因为钢筋网为薄弱位置,试件最终在此位置形成贯通的水平裂缝发生剪切破坏。超过极限荷载,试件水平位移继续增加,但荷载降低,不再产生新的裂缝,原有裂缝变宽并延伸。各试件裂缝分布以及破坏形态如图