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带节能砌体填充墙的RC框架抗震试验研究

时间:2014-03-18 13:40 点击:
摘要:为了研究带节能砌体填充墙的RC框架抗震性能,本试验设计了两个两层单跨的RC框架结构模型,分别为带填充墙的RC框架和不带填充墙的空框架,并对其进行了拟静力试验.对带填充墙的RC框架的裂缝开展进行了描述,研究了试件的滞回特性、骨架曲线、刚度退化和
  摘要:为了研究带节能砌体填充墙的RC框架抗震性能,本试验设计了两个两层单跨的RC框架结构模型,分别为带填充墙的RC框架和不带填充墙的空框架,并对其进行了拟静力试验.对带填充墙的RC框架的裂缝开展进行了描述,研究了试件的滞回特性、骨架曲线、刚度退化和强度退化,并和空框架进行了对比分析.分析结果表明:填充墙能够提高框架的承载能力和抗侧刚度,但是相应地降低了框架结构的延性;填充墙的存在使得框架结构的强度和刚度退化加快,然而,带填充墙框架的极限刚度仍然较大,表现出较强的抗倒塌能力.
 
  关键词:框架;节能;砌体;填充墙;拟静力试验;抗震性能
 
  中图分类号:TU375.4文献标识码:A
 
  填充墙作为框架结构中的非结构构件,设计中并未充分考虑其对框架结构的影响,然而,其对框架结构抗震性能的影响却不容忽略[1-4].国内外研究者在这方面做了重要的工作[3,5-7],其中土耳其的Marjani等人使用低周反复荷载对6个两层单跨带填充墙的框架进行了试验和有限元模拟研究.研究表明:填充墙能够极大地提高框架的强度和刚度.黄群贤等人对4榀单层单跨填充墙RC平面框架试件进行抗震性能试验,试验表明:不同砌块填充墙对框架结构具有明显的刚度效应.研究者主要针对平面框架进行研究,对带填充墙的三维立体框架(以下简称立体框架)研究较少,而立体框架充分反应了平面框架之间的受力协调能力,其受力机制能够更好地代表整体结构的特性,因此对立体框架的进一步研究很有必要.墙体节能在建筑节能中占有重要的地位,因此节能砌块被选为本文的墙体材料.本文对带节能砌体填充墙(以下简称填充墙)的框架结构与空框架进行对比试验研究,从而得到节能砌体填充墙对框架结构的滞回特性、承载力、抗侧刚度以及强度的影响规律,并从受力机制方面揭示了节能砌块填充墙与框架的共同工作原理.
 
  1试验概况
 
  1.1试件设计与制作
 
  试件设计参考《抗震设计规范》(GB500112010)[8]的要求,共设计了2个单跨立体框架,其中一个为不带填充墙的空框架,另一个为带填充墙的RC框架,编号分别为CF1和CF2.试件CF2研究带填充墙框架结构的抗震性能,试件CF1用作对比.
 
  试件根据相似理论按照1∶4比例缩尺设计而成.两试件的框架部分几何尺寸及配筋完全相同,柱截面尺寸为150mm×150mm,梁为70mm×100mm,基础采用0.4m厚的底板,板平面尺寸为2.0m×2.0m,砌体与框架柱之间每隔600mm配置了2A6的拉筋,框架几何尺寸及截面配筋如图1所示.
 
  梁柱纵筋、箍筋均采用HRB335,考虑试件为缩尺模型,钢筋强度按略低于《混凝土结构设计规范》(GB500102010)[9]的要求进行设计,混凝土强度为C30,材料实测力学性能见表1,砌块采用多排孔节能砌块,砌块标准块型几何尺寸为190mm×190mm×115mm,强度等级采用MU5,单块砌块的抗压强度为6.5MPa,砂浆立方体抗压强度为4.6MPa,考虑模型缩尺的影响,砌块厚度切割成标准块厚度的1/4,模拟1/4砌体墙厚,多排孔节能砌块砌体如图2所示.
 
  1.2试验方案
 
  1.2.1测点布置与数据采集
 
  试件的位移测点设在底板、1层和2层层顶,底板和1层各布置了两个量程为50mm的位移计,2层布置了两个量程为100mm的位移计,每层的侧向位移取两个位移的平均值,在各层的关键部位设置了钢筋电阻应变片,柱的应变片布置在各层的柱底与柱顶,梁的应变片布置在梁的两端.
 
  试验过程中的量测仪器主要为DH3818静态应变采集仪,可读取应变片的应变值及位移传感器的量测数值,加载作动器的水平位移、水平荷载由电伺服加载系统(MTS)测得,并利用采集的荷载和顶点位移数值绘制试件的滞回曲线.试验中,人工观察裂缝出现时对应的力和位移,及时标注在试件上的相应位置.
 
  1.2.2加载装置
 
  加载装置见图3,图3两试件均采用同样的加载装置.试件底板水平方向用千斤顶和钢梁固定,竖直方向由钢压梁和地脚螺栓固定.竖向荷载由液压千斤顶加载,通过工字钢和混凝土顶梁把荷载平均分配到各框架柱的顶部;水平荷载由量程为1000kN的电液伺服作动器加载,通过钢梁传递到试件上,在试件与钢梁之间用矩形钢垫块确保加载中心点位于第二层柱顶,拉力由圆钢拉杆传递.
 
  1.2.3加载方案
 
  本试验模拟15层混凝土框架结构的底部两层地震反应.加载方案参照《建筑抗震试验方法规程》(JGJl01-96)[10],首先施加竖向力,用以模拟上部13层的重力及楼屋面荷载.计算得到的柱轴压比约为0.25,控制液压油泵,使得轴压比为0.25,等竖向压力稳定后再进行水平预加载.试验的水平加载程序分为预加载和正式加载两个阶段,正式加载采用分级循环对称加(卸)载.在试件开裂前采用荷载控制加载,每级荷载循环一次,试件出现裂缝后,每级位移增量为一倍开裂位移,每级位移循环两次,直至试件破坏或者降至最大荷载的85%,终止试验.
 
  2试验过程
 
  本试验主要研究的是带节能砌体填充墙框架结构的抗震性能,根据试验现象,试件破坏过程按照裂缝开展的特点可分为三个阶段:开裂阶段、裂缝开展阶段和破坏阶段.
 
  试件CF1:当水平推力加到57kN时,一层框架柱的柱底部出现一条微小的横向裂缝,此时的位移值为6mm.之后改变加载制度,用位移进行控制,每一级位移的增量为6mm.随着位移的进一步增大,在底层梁的端部开始出现了细小的裂缝.当位移加到18mm时,二层柱顶出现裂缝,柱脚的裂缝进一步发展贯通.位移加到20mm之后,荷载增长速度明显减慢,裂缝进一步发展,梁两端出现了大量的裂缝.当位移加到55mm时,水平荷载明显下降.此时,框架柱脚的混凝土有局部脱落的现象,继续加载,当最终荷载降为最大荷载的85%时,即认定框架已经达到了极限状态,此时柱脚已经完全被压碎剥落,出现明显的破坏迹象,试件CF1停止加载.最终破坏如图4所示.

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