带钢板暗支撑叠合板式剪力墙恢复力模型研究.pdf

第43卷第3期2023年6 月文章编号：10 0 0-130 1(2 0 2 3)0 3-0 0 8 7-10地震工程与工程振动EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING DYNAMICSVol.43 No.3Jun.2023D0I:10.13197/j.eeed.2023.0309带钢板暗支撑叠合板式剪力墙恢复力模型研究汪梦甫,李柳红（湖南大学土木工程学院，湖南长沙410 0 8 2）摘要：大量的研究结果表明，在叠合板式剪力墙中引人钢板暗支撑能够有效提高叠合板式剪力墙的抗震性能。为了指导该种带钢板暗支撑叠合板式剪力墙的抗震设计，利用已有的带钢板暗支撑叠合板式剪力墙的试验数据，基于四折线骨架模型，对开裂点、屈服点、峰值点、极限点的荷载、位移及刚度进行计算分析，同时采用逐步回归分析得到了残余位移计算模型，进而构建了带钢板暗支撑叠合板式剪力墙的恢复力模型。通过与试验结果的对比发现：建立的四折线骨架模型获得的各受力阶段的荷载、位移及刚度与试验结果吻合良好，提出的逐步回归分析得到的残余位移模型可以较好地预测带钢板暗支撑叠合板式剪力墙各加载循环的残余位移，因此，文中提出的恢复力模型与残余位移模型能够较为真实地反映带钢板暗支撑叠合剪力墙的滞回特性，可为其抗震设计提供理论依据。关键词：叠合板式剪力墙；四折线骨架模型；恢复力模型；残余位移中图分类号：TU398.2文献标识码：AStudy on a hysteretic model of superimposed shear wallswith steel plate concealed bracingsWANG Mengfu,LI Liuhong(College of Civil Engineering,Hunan University,Changsha 410082,China)Abstract:A lot of research results showed that the introduction of steel plate concealed bracing into thesuperimposed shear wall can effectively improve the seismic performance of the superimposed shear wall.Based onthe test results of the existing superimposed shear wall with steel plate concealed bracing,the load,displacementand stiffness corresponding to the crack point,yield point,peak point and limit point of the four-line skeleton modelare calculated and analyzed,the residual displacement calculation model is obtained by stepwise regression analysis,and a hysteretic model of the superimposed shear wall with steel plate concealed bracings is constructed.Aftercomparing the test results,we can find that the load,displacement and stifness of different characteristic pointsobtained by the proposed four broken line skeleton model are in good agreement with the test results,the proposedhysteretic model and residual displacement model can realistically reflect the hysteretic characteristics of thesuperimposed shear wall with steel plate concealed bracing,and it can provide a theoretical basis for seismic designof the superimposed shear wall with steel plate concealed bracing.Key words:superimposed shear wall;four broken line skeleton model;hysteretic model;residual displacement0引言基于绿色建筑理念,产自德国的预制叠合板式剪力墙结构体系已广泛应用于欧洲地区，此种预制叠合板收稿日期：2 0 2 2-0 9-2 8；修回日期：2 0 2 2-11-11基金项目：国家自然科学基金项目（52 0 7 8 2 0 3,5157 8 2 2 5）Supported by:National Natural Science Foundation of China(52078203,51578225)作者简介：汪梦甫（196 5一），男，教授，博士，主要从事结构抗震研究。E-mail：w a n g me n g f u s i n a.c o m88式剪力墙可在工厂预制两侧墙体，其中两侧墙体通过格构钢筋连接，将预制墙体搬运至现场进行空腔浇筑及拼装。其多用于非抗震地区,其抗震设计有待继续研究，在我国地震地区分布范围较广，对结构抗震设防要求较为严格的背景下，为了推广预制叠合板式剪力墙结构体系在我国的应用,我国学者进行了叠合板式剪力墙的系列抗震性能研究,并研究了不同构造措施、拼接方式对叠合板式剪力墙抗震性能的影响。叶献国等研究发现,在水平地震荷载作用下，预制墙体与上下装配节点处采用传统等钢筋面积进行拼装易产生“摇摆”破坏、预制墙体与装配部位将产生较大错动滑移,为受力的薄弱区域，不利于结构抗震。种迅等2 从水平拼缝部位增强的设计理念出发，通过增强基础插筋面积，有效地减少了水平拼缝部位的“摇摆”现象。肖全东等3通过将剪力墙最外边缘竖向钢筋改为桁架钢筋，边缘约束处采用U型筋、复合螺旋箍筋加强的方式，也使叠合板式剪力墙的整体抗震性能得到有效的提升。此外，汪梦甫课题组通过采用引进钢板暗支撑的方式提升传统叠合板式剪力墙的抗震性能，进行了一系列不同拼接方式的带钢板暗支撑叠合板式剪力墙4-9的试验研究。研究结果发现,钢板暗支撑确实可以降低墙体底部滑移、提升墙体整体性能，同时还能延缓裂缝发展，从而有效地提升剪力墙整体的承载性能及延性。但是，目前只进行了一系列带暗支撑叠合板式剪力墙的试验研究工作，而关于其抗震设计理念研究尚不完全。为此，本文将以带暗支撑叠合板式剪力墙为研究对象，进行带暗支撑叠合板式剪力墙的抗震设计理论初探。恢复力模型是根据大量从试验中获得的恢复力与变形的关系曲线,经适当抽象和简化而得到的实用数学模型10-1。目前，国内关于叠合板剪力墙的恢复力模型的研究较少,连星等12 提出基于小波变换的叠合板剪力墙恢复力模型特征参数计算方法。叶燕华等13基于型钢暗柱叠合剪力墙试验数据进行理论分析，回归分析确定型钢叠合板剪力墙的骨架曲线及滞回规则。但已有的文献尚未对带钢板暗支撑叠合板式剪力墙的恢复力模型进行研究。基于此,本文基于汪梦甫等4-9的带钢板暗支撑叠合板式剪力墙试件及文献14的预制叠合板剪力墙试件的试验数据及理论分析,研究其刚度退化规律,计算四折线骨架模型在开裂点、屈服点、峰值点、极限点4个特征阶段的荷载、位移、刚度特值,同时采用SPSS软件逐步线性回归的方式,进行残余位移的计算及分析，并结合四折线骨架曲线完成了带钢板暗支撑叠合板式剪力墙恢复力模型的建立。1试件概况地震工程与工程振动第43卷1.1试件设计本文为了提高传统叠合板式剪力墙的承载能力，改善拼接节点薄弱导致叠合板剪力墙整体抗震性能较差的问题，引入了钢板暗支撑进行不同拼接方式的叠合板式剪力墙的试验研究，并在传统叠合板式剪力墙的基础上,在两侧墙体下部预留30 0 mmx300mm的缺口并浇筑高阻尼混凝土。其中,以文献4为例,对带钢板暗支撑叠合板式剪力墙的试验进行说明，不同拼接方式的带钢板暗支撑叠合板式剪力墙相关试验可参考文献5-9。为了验证带钢板暗支撑叠合板式剪力墙的抗震性能,本次试验共设计2 个轴压比均为0.1的预制叠合板式剪力墙试件，试件编号分别是HDCW1和HDCBW1。其尺寸及配筋均相同,试件尺寸均为1450mm1000mm160mm，高宽比为1.45,墙体左右两侧均预留30 0 mm300mm缺口并采用C30高阻尼混凝土浇筑，两侧预制墙体与现浇墙体采用格构钢筋连接，并使用C30自密实混凝土浇筑，墙体两端均布置尺寸为2 0 0 mm160mm的暗柱。其中,HDCW1为未带钢板暗支撑的局部高阻尼混凝土叠合板式剪力墙，HDCBW1在HDCW1基础上，沿墙体高度范围放置Q235的X型钢板暗支撑，钢板暗支撑的两侧均布置了抗剪钢筋条。其中，格构钢筋和暗柱箍筋采用HPB300级钢筋，墙体水平及竖向钢筋均采用HRB400级钢筋,2个试件相关的构造尺寸和加载装置如图1所示。相关试件制作,材性试验数据的具体描述可参考文献4。试件加载梁的竖向荷载由轴压比0.1计算得到2 30 kN,并通过液压千斤顶施加，其水平加载通过MTS电液伺服作动器施加低周反复荷载，试件在屈服之前采用荷载控制方式加载，屈服后采用位移控制方式加载，直到荷载下降到峰值荷载的8 5%停止试验。1.2试验现象及结果分析试件HDCW1及试件HDCBW1在整个试验过程中表现出了较为一致的破坏形式,均经历了弹性阶段，开裂工作阶段以及破坏阶段。局部高阻尼混凝土叠合板式剪力墙HDCW1在加荷初期，处于弹性阶段，未发现裂缝，继续水平加荷至8 0 kN,试件表面出现水平的细短裂缝，主要集中于预制高阻尼混凝土缺口与预制第3期墙体连接处及两侧墙脚处，随着水平荷载逐级增加,裂缝亦逐渐延伸拓展,并有新的裂缝出现，试件的水平位移达到屈服位移7.3mm时，预制墙体左右两侧与高阻尼混凝土连接处的裂缝开始斜向发展，并逐渐向墙体下方延伸，试件的水平位移达到峰值位移15.6 mm时，墙体两侧斜向裂缝逐步向墙体中间部分交汇，形成交叉裂缝，且墙体底部两侧墙脚被压酥，轻微脱落，试件水平位移达到极限位移2 5mm时，承载力下降至峰值荷载的8 5%，纵筋被拉断，墙体底部两侧墙角被压溃，试验停止。现浇墙体部分暗柱预制墙体1000-35010003502格构钢筋高阻尼混凝土3003001L1(300mm高）os00t100500500立面图(a)试件HDCW1Fig.1 Schematic diagram of the basic information of the specimens and test setup带钢板暗支撑局部高阻尼混凝土叠合板式剪力墙HDCBW1在加荷初期，也处于弹性阶段，未发现裂缝，继续加载水平荷载至10 0 kN时，试件亦在预制墙体左右两侧与高阻尼混凝土缺口连接处出现水平裂缝,墙体的两侧墙角也存在水平裂缝,试件达到屈服位移6.7 mm时,预制墙体左右两侧与高阻尼混凝土缺口连接处的水平裂缝发展成向墙体下部延伸的斜向裂缝，试件继续加载至峰值位移17.8 mm时，斜向裂缝从墙体两侧向墙体中下部继续延伸发展，交汇成交叉主裂缝，此时，墙体底部两侧墙脚处被压酥，并出现轻微脱落现象，试件水平位移加载至极限位移2 6.8 mm时，墙体承载力下降至峰值荷载的8 5%，整个过程中，墙体的钢板暗支撑先屈服，墙体纵向钢筋再屈服，墙体两侧混凝土压溃，试验结束。由试验结