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框支短肢剪力墻施工方法與流程

文檔序號:11584057閱讀:407來源:國知局

本發明屬于剪力墻施工技術領域,具體公開了一種框支短肢剪力墻施工方法。



背景技術:

高層建筑物越來越多的當下,高層建筑已發展為體型復雜化、功能多樣化的綜合性形式的建筑,從而使高層建筑物形成結構形式復雜多樣化的情況。根據建筑物使用功能的需求,一些高層建筑需要在上部樓層布置辦公房間、旅館用房、住宅等,而下部樓層設置娛樂設施、餐飲房間、大型購物商場等,這就要求在建筑物的中間部位設置一種轉換結構,可以將上部樓層的小開間柱網的剪力墻或框架結構傳承到下部樓層的大開間柱網的框架結構上,這種轉換結構建造于建筑物內就形成了轉換層。

從結構角度看,轉換層可以實現的轉換形式有下列三種:1、上、下層軸線、柱網的改變;2、上層和下層結構類型轉換,如將上部的剪力墻結構轉換成下部框架結構;3、同時轉換結構軸線布置和結構類型。然而在實際工程中,框架結構的豎向構件尺寸太大使建筑的美觀程度受到很大影響,普通剪力墻結構嚴格限定和分隔了建筑物的使用空間,這些不足都不能滿足人們對建筑空間的更高要求。而框支短肢剪力墻結構可以克服框架結構和普通剪力墻結構存在的這些不足;它在上部樓層中采用薄壁柱結構,在保證剛度和承載能力滿足要求的情況下,將短肢剪力墻的結構形式設計成z形、l型、t型、一字型、工字形和十字形等,布置靈活簡便,建筑空間的美觀程度得到很大提高。再者,其結構剛度比全剪力墻結構要小很多,因此在建筑結構設計中應用廣泛。

框支短肢剪力墻將上部的短肢剪力墻結構轉換到底部的框架結構上,上部短肢剪力墻只有核心筒落地,從而在底部形成較大的空間。具體有如下幾個方面特點:1、短肢剪力墻由于墻肢較短,在建筑平面中較多,一部分剪力墻與框支柱相連,稱為“框支”,還有一部分與框支柱分離,由轉換梁支撐,稱為“梁抬”,這使得轉換梁設計復雜。同時這也并不是一種好的受力方式,在工程中應當不用或者少用。2、框支短肢剪力墻的轉換梁一般是深梁;同時,由于短肢剪力墻的數量多,通常會出現短肢剪力墻支撐在次梁上,再通過次梁向主梁傳遞的情況,受力體系非常復雜。3、一般的框支剪力墻結構體系,轉換層的上下剛度容易產生突變,在地震荷載作用下易形成薄弱環節。框支短肢剪力墻的墻肢較短,與框支柱截面相差不大,可以在很大程度上改善結構的剛度突變情況。然而根據實驗,目前的框支短肢剪力墻存在延展性較差,破壞比較嚴重的問題;特別是在轉換梁節點破壞最為嚴重。



技術實現要素:

本發明的目的在提供一種框支短肢剪力墻施工方法,以解決現有的框支短肢剪力墻在使用過程中延展性較差,節點處破損嚴重的問題。

為了達到上述目的,本發明的基礎方案為:框支短肢剪力墻施工方法,包括以下步驟:a、框支短肢剪力墻結構和尺寸設計;b、對框支短肢剪力墻進行配筋;c、澆注框支短肢剪力墻;所述框支短肢剪力墻包括從下到上依次橫置有基礎梁、轉換梁和傳力梁,轉換梁和傳力梁之間設有短肢剪力墻,所述短肢剪力墻包括左墻肢、中間墻肢、右墻肢;基礎梁和轉換梁之間的中間位置設有斜柱;斜柱包括左斜柱和右斜柱,斜柱角度為46-54°,左斜柱和右斜柱呈“八”字形設置,轉換梁上中間墻肢的下端與左斜柱、右斜柱的上端位置對應;基礎梁和傳力梁之間的兩側位置設有框支柱,所述框支柱包括左柱、右柱;所述基礎梁與轉換梁之間的距離為3500-4000mm;在步驟b對框支短肢剪力墻進行配筋完成后,對斜柱與轉換梁相交區域的配筋構造加強至1.5-2倍,此處箍筋密度加強至1.5-2.5倍。

本基礎方案的有益效果在于:根據實驗可知,本施工方法制造的框支短肢剪力墻,在作用于中間墻肢的軸向荷載基本都由斜柱傳入下部框支柱,轉換梁和梁柱節點的負擔得到很大程度的降低,轉換梁的截面尺寸也相應減小。在豎向荷載和水平荷載共同作用下,梁柱節點處破壞很小,沒有出現塑性鉸,說明采用此種轉換結構,可以有效的保護梁柱節點。斜柱在轉換梁的跨中相交后,直接承托了中間剪力墻傳下來的豎向荷載,使其剪切效應降低,很好的改善了中間剪力墻的延展性,且斜柱角度為46-54°之間時,延展性較好。斜柱與轉換梁相交區域是軸力和剪力共同作用的復雜受力區域,將此處配筋構造加強至1.5-2倍,此處箍筋密度加強至1.5-2.5倍后,有效防止了節點被破壞和失效的情況。變形能力和耗散地震能量的能力較強,框支短肢剪力墻的延展性滿足抗震規范的要求。與現有技術相比,本施工方法可使框支短肢剪力墻在使用過程中延展性較好,有效防止節點處被延展破壞。

優選方案一:作為基礎方案的優選,所述斜柱角度為47.7°。根據實驗得到斜柱角度為47.7°時,框支短肢剪力墻的延展性得到較大改善,其延展性最佳。

優選方案二:作為基礎方案的優選,所述左墻肢、中間墻肢、右墻肢從左至右垂直于轉換梁和傳力梁。使得傳力梁上所受到的豎向荷載被有效分解傳送至轉換梁上。

優選方案三:作為基礎方案的優選,在步驟b對框支短肢剪力墻進行配筋完成后,對斜柱與轉換梁相交區域的配筋構造加強至1.5倍,此處箍筋密度加強至2倍。根據實驗可得,在配筋構造加強至1.5倍,箍筋密度加強至2倍;可有效保護斜柱與轉換梁相交處不受破壞。

優選方案四:作為基礎方案的優選,所述基礎梁與轉換梁之間的距離為3750mm。根據實驗可得,基礎梁與轉換梁之間的距離為3750mm,為最佳距離。

附圖說明

圖1是本發明框支短肢剪力墻的結構示意圖;

圖2是本發明框支短肢剪力墻加載裝置的結構示意圖;

圖3是本發明中試件2轉換梁端p-△滯回曲線的示意圖;

圖4是本發明中試件1轉換梁端p-△滯回曲線的示意圖;

圖5是本發明中試件1個部位屈服次序的示意圖;

圖6是本發明中試件2個部位屈服次序的示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明:

說明書附圖中的附圖標記包括:基礎梁10、轉換梁20、傳力梁30、左墻肢41、中間墻肢42、右墻肢43、左斜柱51、右斜柱52、左柱61、右柱62、價值裝置70。

實施例1

框支短肢剪力墻施工方法,包括以下步驟:

a、框支短肢剪力墻結構和尺寸設計

根據工程的結構體系,確定框支短肢剪力墻的結構;框支短肢剪力墻,如圖1所示,包括從下到上依次橫置有基礎梁10、轉換梁20和傳力梁30,轉換梁20和傳力梁30之間垂直設有短肢剪力墻,短肢剪力墻包括左墻肢41、中間墻肢42、右墻肢43;基礎梁10和傳力梁30之間設置了框支柱,框支柱包括左柱61、右柱62;基礎梁10和轉換梁20之間的設有斜柱;斜柱包括左斜柱51和右斜柱52,斜柱角度為47.7°,左斜柱51和右斜柱52呈“八”字形設置,左斜柱51和右斜柱52上端靠攏;左斜柱51和左柱61下端靠攏,右斜柱52和右柱62下端靠攏;轉換梁20上中間墻肢42的下端與左斜柱51、右斜柱52上端位置對應。

根據工程的結構等級、載荷、結構的設計參數,以及建筑的抗震防烈度和場地類別計算確定框支短肢剪力墻的結構尺寸;

b、框支短肢剪力墻配筋計算

根據所計算的框支短肢剪力墻結構尺寸,對上述框支短肢剪力墻使用ansys軟件中的三維彈性實體單元進行建模,模擬框支短肢剪力墻實際受力情況;對框支短肢剪力墻的模型做有限元分析,得到框支短肢剪力墻模型水平應力、豎向應力和剪應力的分布圖;

根據基礎梁10、傳力梁30、短肢剪力墻、框支柱、斜柱、轉換梁20的截面劃分路徑,對路徑進行定義,通過ansys分析后得到各路徑上的剪應力和正應力分布;

通過對ansys計算得到的應力值再進行路徑積分計算后,可得到基礎梁10、傳力梁30、短肢剪力墻、框支柱、斜柱、轉換梁20截面的內力;

按照基礎梁10、傳力梁30、短肢剪力墻、框支柱、斜柱、轉換梁20截面的內力、構造、配筋率、抗震設計等級、含箍率、配筋率,分別對基礎梁10、傳力梁30、短肢剪力墻、框支柱、斜柱、轉換梁20進行配筋;

對斜柱與轉換梁20相交區域的配筋構造加強至1.5倍,此處箍筋密度加強至2倍。

c、澆注框支短肢剪力墻

根據框支短肢剪力墻的結構尺寸制造模板,將模板表面的雜物清理干凈,在模板與混凝土的接觸面涂刷隔離劑;

在施工現場根據步驟b中的配筋需求,預先備好框支短肢剪力墻所需鋼筋和混凝土,將所有鋼筋按照工程圖進行搭建;

模板安裝,搭設支架→安裝縱橫大小龍骨→調整板下皮標高及起拱→鋪設板模板→檢查模板上皮標高、平整度;

將制好的混凝土澆注在模板內,澆注好之后靜置使混凝土自行凝固;

模板拆除,順序為先拆不承重的模板,后拆承重部分的模板;拆除模板時自上而下進行,支架先拆側向支撐的支架,后拆豎向支撐的支架。

實施例2

本實施例與實施例1的區別僅在于,所述斜柱的角度為54°。

按照本施工方法,制造框支短肢剪力墻試件進行分析。設定工程的總建筑高度是93m,地面以上部分26層,第5層是轉換層,轉換層的層高是4.5m;該工程的抗震設防烈度是6度,場地類別是二類。分別根據實施例1、實施例2的框支短肢剪力墻施工方法對應制造框支短肢剪力墻的試件,試件按照的1/3比例縮尺所得到,實施例1、實施例2對應試件1、試件2。

如圖2所示,分別對試件1、試件2外安裝加載裝置,模擬框支短肢剪力墻受力情況分別對試件1、試件2施加荷載,具體實驗過程如下。

1、1δy循環過程

施加豎向荷載

試驗當天測出三個混凝土試塊的強度,根據平均值算得所需施加的豎向荷載值。在施加豎向荷載以前,將x-y函數記錄儀的比例調整好,保證動態電阻應變儀和手持萬用表的讀數相同。嚴格檢查試驗中用到的各種儀表、儀器的工作狀況,確保都能夠正常的工作。然后對數據采集箱進行第一次平衡,采集數據。接下來分三個階段施加豎向荷載到計算所需的軸力值,然后保持豎向荷載不變。每次加荷完畢,停頓30秒,分別采集數據并觀察試件裂縫的出現情況。前兩個荷載階段施加完畢時,試件沒有出現裂縫。當施加完全部豎向荷載時,轉換梁跨中偏左部位出現第一條裂縫,裂縫很細小并且開展的很短。

施加水平推荷載第一循環

在水平推荷載不大時,由豎向荷載產生的裂縫沒有明顯的延展或者變寬的跡象。當水平推荷載達到5t時,在轉換梁跨中偏右部位出現新裂縫,長度約為50mm。當水平推荷載達到10t時,由豎向荷載產生的裂縫有所延伸,延伸長度約為70mm;當水平推荷載到20t時,該裂縫繼續延展了約60mm長。當水平推荷載達到30t時,中間墻肢左下面的轉換梁截面,出現一條從底面往上發展的裂縫,裂縫很長,約為200mm;此時,右端剪力墻左下面的轉換梁截面,也出現一條從底面向上延伸的約45度角的裂縫,該裂縫長約90mm;同時轉換梁上與右墻肢左端相交截面出現一條從底部往上延伸的垂直裂縫,長度約為130mm。當水平推荷載達到35t時,右墻肢的左上角出現一條傾斜方向大概是30°的斜裂縫,長度約是90mm。當水平推荷載達到45t時,右斜柱開始出現很多條貫通的垂直裂縫;轉換梁上右半部位的下面開始出現很多條裂縫,這些裂縫從上往下發展,傾斜角度很小;右墻肢的對角線部位出現數條裂縫,這些裂縫開展很快,延伸長度較長。當水平推荷載到52t時,左墻肢右下角出現一條傾斜角度約60度的斜裂縫;中間墻肢對角線部位出現兩條較長的裂縫,兩條斜裂縫在中間部位有一定長度的重疊,兩條斜裂縫幾乎貫通中間墻肢;中間墻肢左上角處和右下角處各有幾條傾斜的裂縫;右斜柱的貫通裂縫繼續出現。當水平推荷載達到55t時,轉換梁上左邊剪力墻右下部位出現兩條從上往下發展的斜裂縫,都延伸到了轉換梁的中間截面處;轉換梁的右半部位出現很多條從上往下發展的斜裂縫,均延伸到轉換梁的中間截面處。水平推荷載達到55t時,結構正向屈服。正向屈服時,轉換梁兩端和中間的裂縫分布較多,右斜柱的裂縫基本等間距分布。

施加水平拉荷載第一循環

轉換梁正向屈服以后,分三步卸荷到零,然后施加反向水平拉荷載。當水平拉荷載施加到10t時,轉換梁上中間偏右部位出現一條垂直的裂縫,裂縫發展到轉換梁的中間截面位置。當施加水平拉荷載到20t時,轉換梁上的右墻肢左端下部位置,出現數條從上往下發展的裂縫;右墻肢的左下角出現一條45°傾角的斜裂縫,裂縫長度約40mm。當水平拉荷載施加到30t時,轉換梁中間偏右位置出現一條垂直裂縫,長度約90mm。當水平拉荷載施加到40t時,左斜柱出現數條貫通的垂直裂縫;中間剪力墻從下往上發展了數條傾斜的裂縫,與推荷載時形成的裂縫斜向交叉;右墻肢下部出現數條傾斜的裂縫;轉換梁上右墻肢左下部位出現一條由上向下發展的斜裂縫,延伸到轉換梁中間截面往下位置,與推荷載時形成的裂縫斜向交叉。當水平拉荷載施加到45.5t時,左墻肢的左上角到右下角的對角線部位出現一條傾斜的裂縫,裂縫很長,但沒有貫穿剪力墻;與此同時,左墻肢右上角部位出現兩條幾乎與該裂縫平行的裂縫;左斜柱繼續出現數條貫通的垂直裂縫。水平拉荷載施加到45.5t時,結構反向屈服。

施加水平推荷載第二循環

轉換梁、斜柱、短肢剪力墻上的裂縫只是在原來基礎上略微有所延伸,新的裂縫基本沒有產生。

施加水平拉荷載第二循環

這一過程基本沒有出現新的裂縫,轉換梁和短肢墻上有幾條裂縫在原基礎上有少許延伸。

2、2δy循環過程

施加水平推荷載第一循環

這個過程中,右洞口下面的轉換梁處出現一條較長的斜裂縫,該裂縫傾斜角度大概成30度,從底部向上延伸,幾乎貫通轉換梁整個截面。

施加水平拉荷載第一循環

右墻肢中部位置出現一條較短的斜裂縫,長度約為40mm。右墻肢右上角出現兩條幾乎豎直走向的裂縫。中間墻肢出現數條斜裂縫,這些裂縫沿墻肢右下角到左上角的對角線走向。左墻肢也出現了數條沿右下角往左上角的對角線走向的斜裂縫。

施加水平推荷載第二循環

這一過程沒有出現新的裂縫。少量幾條裂縫在原有程度上有部分延伸。

施加水平拉荷載第二循環

中間墻肢右上角部位混凝土開始出現起皮、掉渣現象。

3、3δy循環過程

施加水平推荷載第一循環

右墻肢上部出現一條傾斜的裂縫,長度約100mm。右洞口下面轉換梁中部出現一條30°走向的傾斜裂縫。

施加水平拉荷載第一循環

轉換梁跨中截面的下部出現數條幾乎水平走向的裂縫。右墻肢出現兩條從右下角沿對角線向上發展的裂縫。

施加水平推荷載第二循環

右斜柱最上面的貫通裂縫突然變寬,寬度約為2mm。右斜柱左邊與轉換梁相交處,有少量混凝土剝落。

施加水平拉荷載第二循環

右洞口下面轉換梁中部截面處,出現數條45°走向的傾斜裂縫。

4、4δy循環過程

施加水平推荷載第一循環

右墻肢左上角的裂縫突然變寬,最寬的一條斜裂縫達到5mm。右斜柱上端混凝土持續剝落,附近的裂縫相繼變寬。中間墻肢上部有v型區域出現混凝土起皮、掉渣現象。

施加水平拉荷載第一循環

中間墻肢右上角處混凝土開始剝落。右斜柱上端掉渣現象持續,裂縫進一步變寬,最寬約有7mm。轉換梁跨中下部裂縫變寬。

施加水平推荷載第二循環

右斜柱上端出現露筋現象。中間剪力墻上部起皮、掉渣現象持續。

施加水平拉荷載第二循環

右斜柱上端縱筋壓屈,混凝土大量剝落。轉換梁上與兩斜柱相交部位的混凝土也大量剝落,出現露筋現象。

5、5δy循環過程

施加水平推荷載第一循環

右斜柱上端和轉換梁跨中下部混凝土繼續剝落。左斜柱上端混凝土也大量剝落,出現露筋現象。

施加水平拉荷載第一循環

中間剪力墻上部繼續出現掉渣現象。右斜柱上端混凝土與轉換梁已失去聯系,右斜柱上分擔的壓力完全由縱筋承擔。因為右斜柱混凝土全截面壓碎,導致荷載下降,從p-△滯回曲線來看,峰值荷載已下降到25%左右,試件最終破壞。

根據上述實驗過程中,對試件1和試件2分別測量并記錄荷載、位移、應變、滯回曲線,人工觀察、描繪并記錄試件裂縫的發生、發展情況;對實驗數據記錄并進行研究分析如下:

1、轉換梁試驗結果分析

轉換梁縱筋應變分析,比較試件1和試件2,在斜柱與相應一邊框支柱之間的一段轉換梁,試件1比試件2縱筋的應變要大;而跨中部位的一段轉換梁,試件1比試件2縱筋應變要小。原因是斜柱角度的變化,使各位置轉換梁的跨度改變,從而使應變隨之變化。

轉換梁箍筋應變分析,對試件1和試件2轉換梁的箍筋應變進行分析研究可得,在正反向循環過程中,試件2和試件1的轉換梁的箍筋都出現了受拉屈服,并且正反向屈服點都在跨中位置,在跨中出現斜裂縫交叉區域。從而,兩試件的抗剪加強部位都在轉換梁的跨中;兩個試件在梁的兩端箍筋應變都很小,是由于轉換梁與短肢墻協同工作的原理。

2、短肢剪力墻試驗結果分析

中間短肢剪力墻豎向分布筋應變分析,就試驗現象來看,中間剪力墻沿對角線部位布滿了交叉斜裂縫,墻肢上部剪壓區混凝土逐漸被壓碎,墻肢右端鋼筋壓屈。但是中間剪力墻沒有喪失承載能力,試件2相對于試件1,延性得到了很大的提高。分析來看,由于兩斜柱在轉換梁跨中相交,交叉的兩斜柱分擔了中間剪力墻上的軸向壓力,使中間剪力墻的豎向剪應力減小,從而延性得到提高。

中間短肢剪力墻水平分布筋應變分析,試件1中間短肢剪力墻下排水平分布筋應變不大,沒有出現受拉屈服。中間排和上排水平分布筋在墻肢的右端有拉應變峰值區域,鋼筋受拉屈服。從試驗現象來看,中間剪力墻中間偏上部位破壞較為嚴重,水平鋼筋拉屈,與應變分析是一致的。試件1中間短肢剪力墻底排和中間排水平分布筋拉應變較大,鋼筋受拉屈服,試驗中有應變溢出現象。上排水平分布筋的拉應變分布比較均勻,拉應變很小。

3、斜柱試驗結果分析

斜柱縱筋應變分析,比較試件1和試件2,試件1右斜柱縱筋的壓應變比試件2右斜柱縱筋的壓應變要大,從試驗現象來看,試件1右斜柱的受壓破壞程度也比試件2嚴重。

斜柱箍筋應變分析,反向荷載加載過程中,試件2左斜柱的箍筋基本處于受拉狀態,斜柱底部的箍筋拉應變最大,在-4δ1循環過程中受拉屈服,其他部位的箍筋的拉應變不大,沒有受拉屈服。右斜柱箍筋應變開始有不大的壓應變,逐漸轉變為拉應變;右斜柱頂部箍筋gxr3-1在-4δ1循環過程中受拉屈服。試件1左斜柱箍筋以受拉為主,拉應變不大,沒有受拉屈服,右斜柱箍筋的拉應變也沒有達到屈服應變。

4、試件開裂荷載、屈服荷載、極限荷載和強屈比分析

試驗開始前,試件所用的鋼筋要做材性試驗,可以計算出鋼筋的屈服應變。對于試件1,當轉換梁縱筋應變達到實測的屈服應變時的狀態定義為結構的屈服狀態。對于試件2,定義結構的屈服狀態是中間剪力墻的豎向分布筋或者斜柱縱筋的應變達到自己的屈服應變時的狀態;試件屈服狀態對應的荷載即是試件的屈服荷載。

表4.1試件承載能力實測值

從表4.1中可以看出,試件2和試件1的屈服荷載和極限荷載,反向加載過程的實測值要小于正向加載過程的實測值。經過分析研究,得出原因是:試件在施加正向推荷載時,荷載由傳力梁混凝土和傳力梁內的四根錨桿共同承擔,在施加反向拉荷載時,荷載僅由錨桿承擔,施加正向荷載和反向荷載不能做到理想的完全對稱。再者,試件在正向加載時,結構內部已經有損傷,這些損傷可以得到累積,在反向加載時,結構的承載能力會有所降低。上述原因導致結構的屈服荷載和極限荷載在反向加載時小于正向加載時的實測值。試件1的屈服荷載和極限荷載都要大于試件2,說明試件1的承載能力比試件2強。

強屈比的定義是鋼筋的抗拉強度實測值和屈服強度實測值的比值,其結果不能小于1.25,主要目的是為了保證縱向鋼筋具有一定的延性,當構件某一部位出現塑性鉸后,塑性鉸處有足夠的轉動能力和耗能能力。本次試驗中,強屈比是試件的極限荷載和屈服荷載的比值。合理的強屈比使結構具有一定的安全儲備,使地震中的能量得到充分的耗散。從表4.1中可以看出,兩試件的強屈比都滿足抗震規范的要求。兩試件的強屈比相差不大,說明兩試件的變形能力和耗散地震能量的能力相近。

5、p-δ滯回曲線分析

p-δ滯回曲線即荷載—位移滯回曲線,反應的是在反復荷載作用下,結構或構件的荷載與非彈性變形之間的關系,它可以很好的反應出結構的耗能能力和抗震性能。

如圖3所示,從圖3中可以看出,對于試件2,在施加正向荷載的過程中,在加載的初期階段,混凝土沒有開裂,試件的變形是線彈性的,力與位移的關系基本成正比例,p-△曲線(荷載—位移滯回曲線)上反應的荷載和位移大致成直線關系,由于試件自身的抗側剛度比較大,所以該直線的斜率也比較大。水平推荷載不斷增大過程中,混凝土出現開裂,試件剛度開始降低,非彈性性能開始有所表現,位移的增加要快于力的增加。p-△曲線上反應出的力與位移的關系是漸漸偏離直線,斜率有所減小。水平推荷載繼續增大,斜柱縱筋受拉屈服,荷載—位移滯回曲線達到第一個峰值點。在第二個正向循環過程中,試件混凝土出現較多的裂縫,試件的剛度進一步下降,非彈性性能表現的更加明顯,反應在荷載—位移滯回曲線上時,曲線的斜率進一步降低,位移的增加速度相對于荷載的增加速度要更快。這一循環的峰值點是整個p-△曲線的最高點,即對應試件的極限荷載。在第三個正向循環過程中,曲線的峰值點開始下降,說明這一過程中,試件的承載能力開始降低。第四、第五循環過程中,曲線的斜率進一步下降,試件的非彈性變形性能表現的更加顯著,試件的承載能力進一步降低。試件在反向循環過程中表現的特征和正向循環基本相同,表現在荷載—位移滯回曲線上是曲線相對于原點基本反對稱。反向循環時也是在第二個過程中出現峰值點,即達到反向的極限荷載。荷載—位移滯回曲線表現的較為豐滿,說明試件的耗能能力比較大,抗震性能較好。

如圖4所示,在圖4中可以看出(本圖中橫坐標代表位移,單位是mm;縱坐標代表荷載,單位是kn),試件1轉換梁端的荷載—位移滯回曲線關于原點有一定的對稱性。在正向荷載施加過程中,在加載的開始階段,混凝土沒有開裂,試件表現出線彈性特征,在荷載—位移滯回曲線上,反應出力與位移基本成正比例關系。隨著正向荷載的不斷加大,試件布滿了很多裂縫,試件不斷表現出非彈性特征,p-△滯回曲線開始彎曲,斜率變小,位移的增長速度要快于荷載的增長速度。當轉換梁下部縱筋開始屈服時,曲線達到第一個峰值點,曲線的縱坐標即為試件的屈服荷載。在第二個和第三個正向循環過程中,試件的非彈性特征表現的很明顯,曲線的斜率進一步減小,位移相對于荷載的增長速度更大。在第四個正向循環過程中,曲線的峰值點即為曲線正向循環的峰值點,試件的屈服荷載在第四個正向循環過程中出現。在第五個正向循環過程中,由于試件的左斜柱頂端突然壓潰,荷載突然降低,位移有所增大。反向循環過程中,曲線的特征和正向循環過程中大體相同。在-4△1循環過程中,曲線達到的峰值點即是整個反向加載過程的最高點,即試件達到反向的屈服荷載。在-4△2過程中,試件右斜柱突然壓潰,荷載突然下降,位移有所增加。試件的p-△滯回曲線表現的不是很豐滿,由于試驗過程中,有斜柱的突然壓潰,試件的抗震性能不是很理想。

6、承載能力退化分析

在位移幅值不變的前提下,隨著反復加載次數的增加,結構承載能力出現降低的現象,就是結構的承載能力退化,一般用承載力降低系數來反應結構承載能力退化,下面列出了承載力降低系數的計算方法。

式中:

λi——當位移延性系數是i時,結構的承載力降低系數;

——當位移延性系數是i時,第一加載循環過程的峰值荷載;

——當位移延性系數是i時,第二循環過程的峰值荷載。

表6.1列出了試件2和試件1在正向與反向循環加載過程的峰值荷載,由各循環加載過程的峰值荷載計算出對應的承載力降低系數如表6.2所示。

表6.1試件在各循環加載過程的峰值荷載

表6.2試件1、試件2各循環加載過程的承載力降低系數

總體來看,隨著循環加載次數的增加,試件的承載力降低系數也在減小。說明在循環荷載施加過程中,試件的承載能力減弱的速度越來越快。

7、彈塑性變形和延性分析

衡量結構抗震性能的一個重要指標是延性,延性是指構件或結構屈服后,具有承載能力不降低或基本不降低、具有足夠塑性變形能力的一種性能,即塑性變形能力的大小。當有地震作用時,延性好的結構能夠有效利用塑性變形能力耗散地震能量,因此結構不會產生嚴重的破壞。延性通常用位移延性系數表達。位移延性系數定義為:式中,δu是極限位移,δy是屈服位移。本實驗過程中極限位移取結構承載力下降到極限荷載的85%時所對應的位移。表7.1列出了試件1和試件2轉換層的位移延性系數。

表7.1轉換層位移和位移延性系數

從表7.1中可以看出,試件1和試件2的位移延性系數都大于4.0,滿足文獻建筑抗震設計規范對結構延性系數大于4的要求。兩個試件的延性都比較好,但試件1的位移延性系數大于試件2,說明試件1的延性要比試件2更好些。主要是因為兩斜柱在轉換梁跨中相交,直接承托中間剪力墻上傳下來的豎向荷載,降低了中間剪力墻和轉換梁跨中的剪切效應,使結構的延性得到提高。

表7.2列出了轉換層層間位移角數值。兩試件都滿足文獻建筑抗震設計規范對彈塑性層間位移角不大于1/50的要求。從表7.2中可以看出,試件1的彈塑性變形能力大于試件2。

表7.2轉換層層間位移角

8、屈服機制分析

試驗過程中,試件1和試件2各部位屈服出鉸的次序如圖5、圖6所示。

試件1的屈服出鉸次序大致是:在正向推荷載作用下,右洞口左下角處的轉換梁底部縱筋受拉屈服(對應鉸1);在施加反向拉荷載的過程中,右洞口右下角處的轉換梁底部縱筋受拉屈服(對應鉸2),鉸1和鉸2基本對稱;在2δ1位移循環過程中,中間短肢剪力墻中部水平分布筋在跨中偏右位置受拉屈服(對應鉸3);在-2δ1位移循環過程中,中間短肢剪力墻左側豎向分布筋上端受壓屈服(對應鉸4);在-4δ2位移循環過程中,右斜柱上端內側縱筋受壓屈服(對應鉸5);在5δ1位移循環過程中,左斜柱上端內側縱筋受壓屈服(對應鉸6)。

試件2屈服出鉸次序大致是:在正向推荷載作用下,試件右斜柱頂端內側的縱筋受拉屈服,試件正向屈服(對應鉸1);在反向拉荷載施加過程中,中間短肢剪力墻左側豎向分布筋下端受拉屈服(對應鉸2);2δ1位移循環過程中,中間短肢剪力墻右側豎向分布筋下端受拉屈服(對應鉸3);-2δ1位移循環過程中,左斜柱底端縱筋受拉屈服(對應鉸4);3δ1位移循環過程中,轉換梁跨中頂部縱筋受拉屈服(對應鉸5);-3δ1位移循環過程中,右洞口右下角處轉換梁底部縱筋受壓屈服(對應鉸6);4δ1位移循環過程中,左洞口左下角處轉換梁底部縱筋受拉屈服(對應鉸7)。在試驗過程中,框支柱縱筋沒有受拉屈服或者受壓屈服。

從兩試件塑性鉸的出現和發展過程看出,試件1和試件2的屈服機制有較大不同:試件2中間剪力墻的塑性鉸主要出現在墻肢的下端部位,而試件1中間剪力墻的塑性鉸主要出現在墻肢的上端部位,與破壞特征也是相符的;試件1的兩斜柱頂端受壓屈服,縱筋壓屈,破壞嚴重,而試件2的斜柱沒有出現明顯的受壓破壞。

通過以上實驗和分析研究,可得到以下結論:

1、在上述實驗中,作用于中間墻肢的軸向荷載基本都由斜柱傳入下部框支柱,轉換梁和梁柱節點的負擔得到很大程度的降低,轉換梁的截面尺寸也相應減小。在豎向荷載和水平荷載共同作用下,梁柱節點處破壞很小,沒有出現塑性鉸,說明采用此種框支短肢剪力墻轉換結構,可以有效的保護梁柱節點。

2、從試件1和試件2的試驗現象和最終的破壞形態分析得出,當斜柱式轉換結構的斜柱角度變化時,結構的破壞形態也發生變化:試件2以短肢剪力墻剪切破壞宣布結構失效,試件1斜柱頂端突然壓潰導致試件失效;試件1短肢剪力墻的破壞程度很小,轉換梁的破壞也不嚴重。兩斜柱在轉換梁的跨中相交后,直接承托了短肢剪力墻傳下來的豎向荷載,使其剪切效應降低,很好的改善了短肢剪力墻的延性;根據實驗可知當斜柱角度為47.7°時,框支短肢剪力墻的延性更佳。

3、試件1和試件2兩斜柱相交部位是軸力和剪力共同作用的復雜受力區域,試驗中斜柱縱筋壓屈突出,但節點未失效。斜柱與轉換梁相交節點的配筋構造加強至1.5倍,此處箍筋密度加強至2倍,加密箍筋,做到“強節點”的抗震設計原則。

4、對比分析了試件1和試件2的強屈比、荷載—位移滯回曲線、承載能力退化性能、延性性能,兩試件的抗震性能各有優缺點:試件1的承載能力要好些;試件1和試件2的變形能力和耗散地震能量的能力相近;試件1和試件2的延性都能滿足抗震規范的要求,試件1的位移延性系數比試件2大,說明試件2的延性要好些。

5、兩個試件的左右墻肢破壞程度都很輕,其原因在于左右墻肢有翼緣的保護作用剛度比較強;剪力墻設置翼緣時,抗震性能是比較好的。

以上所述的僅是本發明的實施例,方案中公知的具體結構、方法及特性等常識在此未作過多描述。應當指出,對于本領域的技術人員來說,在不脫離本發明方法的前提下,還可以作出若干變形和改進,這些也應該視為本發明的保護范圍,這些都不會影響本發明實施的效果和專利的實用性。本申請要求的保護范圍應當以其權利要求的內容為準,說明書中的具體實施方式等記載可以用于解釋權利要求的內容。

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