内置预应力X形组合斜撑型钢混凝土短肢剪力墙抗震性能试验研究

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试验设计制作了6个缩尺比例为1/2的型钢混凝土短肢剪力墙试件,它们具有相同的配筋形式和轴压比,以剪跨比、斜撑的类型和斜撑中有无预应力作为变化因子,采用低周反复加载的试验方法对它们的抗震性能进行试验研究。通过观察分析试件的破坏形态,量测试件的应变、应力、预应力的变化规律及滞回曲线,对试件的承载能力和强度、刚度及刚度退化、变形能力、耗能性能、变形特征以及预应力变化机理进行细致研究,同时,将基于三种承载力计算模型的计算结果与试验结果进行对比分析,得到如下主要结论:(1)6个试件的受力过程都经历了相似的四个阶段,即弹性阶段、裂缝阶段、屈服阶段和破坏阶段。小剪跨比试件PSW-2~SW-6的破坏形态是以剪切变形为主的剪压破坏,大剪跨比试件PSW-1则是以弯曲变形为主的弯剪破坏。(2)施加预应力可以减少试件的裂缝数量、裂缝的宽度和延伸长度,并改变了裂缝的开展形态,使得斜裂缝的倾斜角度较非预应力试件的平缓。同时设置预应力斜撑可以提高试件的开裂荷载,这种现象在预应力组合斜撑试件PSW-2中更加明显,相比无预应力的试件,其开裂荷载提高了39.3%。无预应力的普通斜撑对试件的开裂荷载影响不大。(3)设置普通斜撑和预应力斜撑对试件屈服荷载和承载能力的提高幅度均较大,特别是对设置预应力组合斜撑的试件PSW-2,其屈服荷载、峰值荷载比带预应力精轧螺纹钢斜撑的试件PSW-3分别提高了12.1%和11.9%,比参照试件SW-6提高了27.2%和26.5%。(4)设置预应力斜撑可以提高试件的刚度,而且在达到峰值荷载之后的加载的后期,可以有效抑制刚度的退化,增加试件的后期刚度,保证试件在加载后期拥有更好承载能力和峰值荷载后的变形能力。(5)预应力组合斜撑可有效地减少预应力筋的预应力损失,能有效地发挥预应力的作用。相对之下,单纯的预应力精轧螺纹钢筋斜撑的预应力损失相对较大。(6)带精轧螺纹钢普通斜撑的试件SW5和有预应力斜撑的试件拥有更好的抗震耗能特性和延性,其中试件SW-5因精轧螺纹钢与混凝土之间有良好的粘结性能而使其强度更能被充分利用,因此获得了最优的耗能特性和延性性能。(7)在预应力组合斜撑的作用下,试件PSW-2拥有6个试件中最高的开裂荷载、屈服荷载和峰值荷载,且在加载过程中,预应力损失程度较小。但由于组合斜撑的外套钢管及边缘构件的型钢与混凝土之间出现粘结滑移破坏,使得试件在峰值荷载后的强度和刚度退化较快,其滞回曲线也略呈“捏拢”形状,耗能及延性不如SW5试件,因此,在解决型钢及钢管与混凝土之间的粘结性能后,方可有望进一步提升预应力组合斜撑的耗能和延性性能。(8)在加载过程中,有预应力斜撑和无预应力斜撑的试件,其墙肢纵向分布钢筋的应变均较好符合了“平截面假定”。(9)采用基于平截面假定的承载力计算方法和基于软化拉压杆模型的方法,所得到的承载力计算值与承载力实测值的偏差相对较小,因此该两方法均可适用于带预应力斜撑的试件。
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