半刚接钢框架内填暗竖缝钢筋混凝土剪力墙结构滞回性能试验研究

1、.半刚接钢框架内填暗竖缝钢筋混凝土剪力墙结构 滞回性能试验研究 孙国华1，2 ，顾 强2 ，何若全1，2 ，申 林3 ，方有珍2( 1 北京工业大学 建筑工程学院，北京 100124; 2 苏州科技学院 江苏省结构工程重点实验室，江苏苏州 215011;3 中国建筑标准设计研究院，北京 100044)摘要: 为了进一步改善半刚接钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构( PSRCW) 的抗震性能，将暗竖缝引入 PSRCW 结构的内填墙中，进行了 1 榀 1 3 缩尺内填墙带暗竖缝 PSRCW 结构的低周反复荷载试验，研究了带暗竖缝 PSRCW 结构的破坏机理及滞回性能。试验结果表明: 内填墙设置暗竖缝对

2、 PSRCW 结构的初期刚度影响较小，峰值荷载过后承载力退化缓慢，结构延始性能得到显著改善。带暗竖缝的 PSRCW 结构通过合理设计可以实现控制结构小震或中震作用下的变形，提供较大的初始抗侧刚度，大震下提供良好的变形能力和耗散地震能量的双重功能。关键词: 半刚接钢框架;中图分类号: TU973. 16内填墙; 暗竖缝; 低周反复荷载试验; 滞回性能文献标志码: ATU317. 1Experimental investigation of partially-restrained steelframe with concealed vertical slits RC infill wallsSU

3、N Guohua1，2 ，GU Qiang2 ，HE Ruoquan1，2 ，SHEN Lin3 ，FANG Youzhen2( 1 College of Architecture and Civil Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China;2 Jiangsu Key Laboratory of Structure Engineering，University of Science and Technology of Suzhou，Suzhou 215011，China;3 Institute of B

4、uilding Standard Design and Research，Beijing 100044，China)Abstract: In order to improve seismic performance of partially-restrained steel frame with reinforced concrete walls( PSRCW) ，concealed vertical slits were used in the solid infill walls The one-bay，two-story test specimen on one-third scale

5、was carried out under low reversed cyclic loading The failure mechanism and hysteretic behavior of PSRCWwith concealed vertical slits were investigated Experimental studies show that infill walls with concealed vertical slitshas little effect on overall elastic stiffness of the specimen，however enha

6、nce the structural deformation and ductilityPSRCW with concealed vertical slits can not only provide certain stiffness under the moderate level of earthquake，butalso supply enough capacity of deformation and energy dissipation under the rare level of earthquakeKeywords: partially-restrained steel fr

7、ame; infill wall; concealed vertical slits; low reversed cyclic test; hystereticbehavior基金项目: 国家自然科学基金项目( 50378058) 。作者简介: 孙国华( 1978 ) ，男，内蒙古呼伦贝尔人，博士研究生。E-mail: sungh-529 163. com收稿日期: 2008 年 6 月：0引言20 世纪后期，我 国 建造了大 量 的高层及超高层 建筑，绝大多 数 建 筑 采 用 钢 筋 混 凝 土 剪 力 墙 或 钢 筋混凝土核心 筒 体 结 构 作 为 主 要 抗 侧 力 构 件，这 种

8、结 构体系比较经济，抗侧刚度大，易满足 变 形 要 求。但 经历地震时，此类结构的底部易发生严重的压 碎，所 引起的破坏往往是不可修复的，甚至是毁 灭 性 的1。 基于此，工 程 界 开 展 了 对 可 修 复 剪 力 墙 的 研 究2-5， 将设置了暗竖缝的钢筋混凝土剪力墙内嵌于半刚接 钢框架中( 简称 PSRCW 结构) ，通过抗剪连接件将两 者连为整体，形 成 组 合 作 用，钢 框 架 的 梁、柱 可 作 为 边界构 件 承 担 全 部 竖 向 荷 载 和 抵 抗 大 部 分 倾 覆 力 矩，同时还可 作 为 内 填 墙 施 工 模 板，加 快 施 工 进 度。 钢框架结构体系虽然承载

9、力低、抗侧刚度小，但 变 形 能力大。钢筋混凝土内填墙可承担几乎全部的 水 平 力，有效地 增 加 结 构 的 侧 向 刚 度。暗 竖 缝 内 填 墙 在 小震或中震 作 用 下 暗 竖 缝 保 持 完 好，结 构 具 有 较 大 的抗侧刚度，控 制 结 构 变 形; 在 大 震 作 用 下，暗 竖 缝 压碎，内填墙受力模式发生本质改变，变形以缝 间 墙 的弯曲为主，PSRCW 结构变形能力、延性及耗能能力 大幅度提高6。震 后，PSRCW 结 构 的变形相对钢框 架的极限变 形 仍 不 大，钢 框 架 自 身 的 损 伤 仍 控 制 在 可修复范围内，可将严重受损的内填墙撤除，重 新 浇 筑

10、，实现可修复目的。目前，关于内填暗竖缝 PSRCW 结构的抗震性能 研究国内外未 见 报 道，本 文 通 过 对 1 榀 内 填 墙 带 暗 竖缝的 PSRCW 结 构 在 低 周 往 复 荷 载 作 用 下 的 试 验 研究，进一步明确此类结构的抗震性能和破坏 机 理， 为其理论研究和工程应用提供参考。图 1 试件几何尺寸Fig 1 Dimensions of specimen图 2 梁柱半刚性连接几何尺寸Fig 2 Dimensions of partially-restrained connections内填墙水平向采 用 单 层 6 120 的 钢 筋 网 片。缝间墙采用了 66 的

11、纵 向 钢 筋，配 筋 率 为 0. 96% 。缝间墙箍筋采用 4 50，缝间墙端部加密区箍筋采用 4 30。暗柱、暗梁高均为 120mm，采用 48 的纵向钢筋，配筋率为 2. 1% 。暗柱、暗梁采用4 501试验概况的箍筋，配箍率为 0. 628% 。除 4 箍 筋 为 冷 拔 钢 丝外，其余钢筋的强度等级均 为 HPB235。图 3 为 内 填暗竖缝墙配筋图。抗剪连 接 件 采 用 U 形 弯 筋，钢 筋 强 度 等 级 为 HRB335，弯筋同钢框架的梁柱采用普通电弧焊，并确 保焊接质量。同 梁、柱 相 连 的 弯 筋 直 径 12mm，间 距 为 100mm。为了 确 保 带 暗 竖

12、 缝 的 PSRCW 试 件 出 现 理 想 的破坏机构，上述设计过程中主要考虑以 下 4 个 方 面:对钢框架进 行 了 强 柱 弱 梁 验 算; 混 凝 土 内 填 墙在设计时考 虑 了 剪 力 和 弯 矩 的 共 同 作 用，并 计 算 了 缝间墙所分担总水平剪力，使其大于设计水平 剪 力， 确保 PSRCW 结构 在 小 震 或 中 震 作 用 下 仍 具 有 较 大 的抗侧刚度; 内填墙的周边设置了暗柱、暗梁 用 于171. 1试件设计试件为两层单跨，几 何 缩 尺 为 1 3，试 件 跨 度 为1900mm，层 高 为 1100mm。 内 填 墙 几 何 尺 寸 为1750mm &

13、#215; 950mm × 80mm。缝间墙高度 660mm，宽度220mm，未贯通 的 暗 竖 缝 宽 度 20mm，厚 度 30mm，试件详见图 1。钢框架柱 截 面 为 H150 × 150 × 6 × 8，梁 截 面 为H150 × 100 × 6 × 8，钢材强度等级为 Q235B。钢框架梁柱采用四角钢 连 接，顶 底 角 钢 为 L125 × 80 × 8，采用 4 个 12. 9 级 M12 高强螺栓与梁翼缘承压型连接。腹板角钢为 2L63 × 6，采用 2 个 12. 9 级 M

14、12 高 强 螺栓与钢梁腹板承压型连接。所有角钢与钢柱翼 缘 采用 10. 9 级 M16 高强螺栓摩擦型连接，详见图 2。1. 2试验装置试验加载装 置 见 图 4。水 平 荷 载 通 过 连 接 在 反力墙上的液 压 伺 服 作 动 器 施 加，作 动 器 最 大 静 态 加载能力 为 ± 1000kN，最 大 位 移 行 程 为 ± 250mm。作 动器通过 4 根直径 36mm 的高强螺杆与试件加载 梁 相连，加载梁腹板 通 过 M16 高 强 螺 栓 与 试 件 顶 梁 上 翼缘相连，水平 荷载通过顶梁 传 递 给 试件。试 件 底 板通过 M24 高强 螺 栓

15、与 地 梁 上 翼 缘 相 连，在 地 梁 两 端设置两个 箱 形 压 梁，用 于 抵 抗 加 载 过 程 中 产 生 的 倾 覆 力 矩。同 时 在 地 梁 两 端 分 别 加 设 1000kN 的 机 械千斤顶阻止试件在加载方向的刚体位移。本 文 试 件为平面结 构，为 了 避 免 在 加 载 过 程 中 试 件 出 现 平 面外失稳，于试 件顶梁处设一 道 侧 向 支撑。侧 向 支撑与加载梁 之 间 留 有 一 定 的 间 隙，并 涂 润 滑 油 减 小 两者之间的摩擦力。为了弥补门架自身抗侧刚 度 的 不足，在门架的一侧设置了一道斜撑，斜撑可承 受 压 力也可承受拉力。1. 3 测点布

16、置试件位移计及应变片测 点 布 置 如 图 5 所 示。分 别在每层钢梁的轴线高度布置了 3 个水平位移 计 用 于获得试件的层间位移。在每层内填墙 布 置 的 2 个 对角位移计来获取内填墙的剪切变形。钢梁两 端 的 每个半刚性连接布置了 2 个位移计用来记录试 验 过 程中的节点转动。考虑到在外力作用下内填墙 与 钢 框架之间将 会 发 生 滑 移 和 分 离，在 一 层 钢 梁 跨 中 的 上下表面布置 了 2 个 位 移 计 量 测 界 面 滑 移，同 时 在 内填墙与钢柱的界面布置了 6 个位移计用于监 测 两 者的分离。此 外，内 填 墙 同 钢 框 架 之 间 的 内 力 分 配

17、是考察的重点指标，主要通过在钢柱 11 个 截 面 布 置 应变片和应变花记录的实测数据来计算结构内力。图 3 试件内填暗竖缝墙配筋Fig 3 Detailing of infill wall of specimen加强内填墙 的 整 体 性，避 免 抗 剪 连 接 件 的 纵 向 劈 裂破坏; 抗剪连接件按承担全部水平剪力进行 设 计， 并考虑连接 件 中 轴 向 拉 力 影 响，以 及 循 环 荷 载 对 连 接件抗剪承载力的折减。钢材 的 材 性 试 验 为 单 向 拉 伸，根 据 国 家 标 准 GB / T 2282002金 属 材 料 室 温 拉 伸 试 验 方 法 、 GB /

18、T 29751998钢及钢产品力学性能试验取样位 置及试验制备的有关规定，对不同部位每种厚度钢 材均制作试样，所有试样与 PSRCW 结构试件采用同 一批钢材，同时加工，材性试验结果见表 1。表 1 钢材的材料性能Table 1 Material properties of steel屈服强度极限强度厚度或直径伸长率类型 / mm fy ( f0. 2 ) / MPa fu / MPa / % 钢柱翼缘钢柱腹板 钢梁翼缘 钢梁腹板 梁翼缘角钢 梁腹板角钢4 钢丝6 钢筋8 钢筋 12 钢筋8. 066. 247. 615. 697. 694. 353. 006. 457. 92321. 222

19、91. 03320. 09286. 56310. 00278. 89695. 20411. 84418. 42426. 43432. 69418. 70398. 02407. 01408. 11901. 10505. 24530. 1034. 433. 630. 632. 131. 333. 615. 625. 924. 41. 4试验方法根据 JGJ 10196建 筑 抗 震 试 验 方 法 规 程 的规定试验 采 用 低 周 反 复 加 载。加 载 制 度 如 下: 试 件屈服前采用荷载控制，分别按照预加载 50kN 循环 1 次，100kN 循 环 1 次，250kN 循 环 3 次，4

20、00kN 循 环 3 次，试件屈服后改为位移控制，以试件高度的 0. 25%( 5. 3mm) 作为 加 载 点 位 移 增 量 进 行 加 载，每 级 荷 载12. 00 393. 67 583. 86 22. 9 内填墙混凝土 设 计 强 度 等 级 为 C25。由 于 试 件钢 筋 间 距 较 密，所 以 混 凝 土 骨 料 最 大粒径控制为 16mm，采 用 苏 州 水 泥 厂 生 产的 32. 5 级 普 通 硅 酸 盐 水 泥。水 泥 砂 石 水 = 1 1. 48 2. 7 0. 42。浇筑试 件的同时浇 筑 3 块 标 准 立 方 体 混 凝 土 试块，采用同条件养护。在试验当

21、天根 据 GB / T 500812002普 通 混 凝 土 力 学性能试验 方 法 标 准 的 标 准 方 法 测得混凝 土 平均立方体抗 压 强度 fcu30. 5N / mm2 。18=图 4 试验装置Fig 4 Test set-up件滞回曲 线 的 非 线 性 不 明 显，残 余 变 形 很 小。当 荷载加至 200kN 时，首 先 在 一 层 及 二 层 内 填 墙 的 暗 竖 缝中出现了少量的微小斜裂缝，其裂缝角度约为 60° 左右，在缝间 墙 上 根 部 出 现 斜 向 短 裂 缝 并 向 缝 间 墙 内部扩展。此时，墙面的剪切斜裂缝不 明 显，仍 以 暗 竖缝中的

22、斜 裂 缝 为 主。在 400kN 荷 载 级 别 下，几 乎 每个缝间墙的顶部、根部均出现了斜向裂缝，并 延 伸 至内填墙上 下 边 缘 的 暗 梁 中，该 裂 缝 的 产 生 原 因 主要是内填墙 整 体 受 剪 及 缝 间 墙 根 部 应 力 集 中 所 致。 同时，暗竖缝 中 裂 缝 仍 大 量 增 加，并 发 生 轻 微 错 动， 个别暗竖缝中的多条微裂缝已连通成一条主要的竖 向裂缝。在顶点侧 移 比 加 至 0. 5% ( 10. 6mm) 时，内 填 墙 暗竖缝已初步压碎，并开始错动，二层 尤 为 明 显。内 填墙的裂缝 主 要 集 中 于 缝 间 墙 根 部，并 向 暗 梁 中

23、 延伸，在缝间墙中部几乎无裂缝，内填墙变形已逐 步 转 为缝间墙 弯 曲 变 形。达 到 峰 值 荷 载，内 填 墙 的 剪 切 刚度大幅 退 化，缝间墙根部应 力 集 中 较为严 重。此 时，试件最 大 层 间 侧 移 比 为 0. 45% ( 9. 6mm) 。在 顶 点侧移比加至 0. 75% ( 15. 9mm) 时，二层墙暗竖缝在 反复荷载作 用 下 已 严 重 压 碎，个 别 暗 竖 缝 已 剥 落 并 透光，二层内填墙角部暗梁、暗柱交界 处 压 碎。缝 间 墙根部产生水平弯曲裂缝，其 最 大 裂 缝 宽 度 已 达1mm。顶点侧 移 比 加 至 1% ( 21. 2mm) 时，二

24、 层 墙 两 侧顶节点底角钢均被拉开，二 层 内 填 墙 靠 近 B 柱 下 部压碎明显。顶点侧移比加至 1. 25% ( 26. 6mm) 时， 二层内 填 墙 中 间 三 个 缝 间 墙 上 部 水 平 缝 已 基 本 连 通，缝间 墙两端根 部弯曲裂缝的 最 大 宽 度 达 2mm。 顶点侧移 比 加 至 1. 5% ( 31. 9mm) 时，中 梁 节 点 的 顶 底角钢拉开 明 显，且 顶 角 钢 拉 开 距 离 明 显 大 于 底 角 钢。缝间墙两 端 根 部 几 乎 均 形 成 塑 性 铰，二 层 缝 间 墙两端塑性 铰 基 本 位 于 缝 间 墙 根 部，一 层 缝 间 墙 上

25、 部塑性铰位于顶部，下部塑性铰位置稍高，约离 试 件 底板 300mm 左右，这 说 明 一 层 墙 底 部 约 束 较 强。顶 点侧移比加至 1. 75% ( 37. 2mm) 时，一层墙变形增大 明显，损伤加剧。顶点侧移比加至 2. 25% ( 47. 8mm) 时，钢框 架 柱 根 部 外 翼 缘 屈 曲 明 显，随 着 荷 载 的 增 大，屈 曲 现 象 逐 渐 严 重。 在 顶 点 侧 移 比 达 到 3%( 63. 8mm) 时，试 验 结 束。整 个 试 验 加 载 过 程 中，钢框架柱根部发生明显的屈曲，4 个梁柱节点的顶底角钢均已屈服，其 中 靠 近 A 柱 一 层 钢 梁

26、节 点 的 底 角 钢拉断，顶梁两侧 端部已明显进 入 塑 性。试 件 整 体 破坏见图 6，局部破坏见图 7。( a) 整体位移布置( b) 滑移、分离位移计布置( c) 钢柱应变片布置图 5 位移计、应变片布置简图Fig 5 Arrangement of displacement insturmentsand strain gauges循环 3 次，直至试件达到峰值荷载，峰值荷载过后，每级荷载循环 2 次，当 试 件 水 平 承 载 力 退 化 到 峰 值 荷载的 85% 后，每 级 荷 载 循 环 1 次。试 件 的 屈 服 点 取钢框架的首 个 应 变 片达到屈服应变时 所 对应的点。

27、先施加推力，以作动器推为正向，拉为负向。2试验过程和破坏特征2. 2破坏机理试件内填墙 的 高 宽 比 为 0. 54，缝 间 墙 的 高 宽 比为 3。达到峰值 荷 载 前，内填 墙暗竖缝保持完好，变形以整片墙体剪切变形 为 主 ，此时结构抗侧刚 度 较192. 1 试件破坏过程及破坏形态当荷载加至 100kN 时，试件无任何明显现象，试将暗竖缝引入至 PSRCW 结构的内填墙中，并通过对暗竖缝 的 合 理 设 计，可 以 确 保 在 小 震 及 中 震 作用下，暗 竖 缝 不 发 生 压 碎，内填墙具有较大抗侧刚 度，可有效控制 PSRCW 结构的弹性变形。在大震作 用下，暗竖缝被压碎，内

28、填墙由整片墙剪切变形 转 为 缝间墙的弯曲变形，结构的整体抗侧刚度大幅 降 低，改善了结构后期的变形能力和耗能能力。3试件整体性能分析图 6 试件破坏照片General failure pattern of specimenFig 63. 1滞回曲线试 件 的 滞 回 曲 线 可 以 全 面 反 映 结 构 的 滞 回 性能，包括承载力、刚度的退化特征、变形和耗能能力。从图 8 可 以 看 出 内 填 墙 在 开 裂 前，滞 回 曲 线 几 乎为直线，残余变形很小，同级荷载下滞回环基 本 重合，试件处于弹性阶段。在混凝土内填 墙 开 裂 后，滞 回曲线开始轻微弯曲，滞回环面积开始增大，残 余

29、变形也开始增大。由于试件内填墙的高宽比小于 1，内 填墙的变形 主 要 以 剪 切 变 形 为 主，同 时 内 填 墙 中 钢 筋和混凝土 之 间 存 在 滑 移，试 件 的 滞 回 环 在 中 部 捏缩明显，这是剪切型结构所 特 有 的 性 质。随 着 荷 载 的增大，滞回曲线呈反 S 型，这说明内填墙剪切 滑 移较大。暗竖缝 被 压 碎 后，内 填 墙 受 力 模 式 发 生 本 质 改变，即内填 墙 由 剪 切 受 力 模 式 转 为 缝 间 墙 的 弯 曲 受力模式，滞回环趋于饱满。3. 2 骨架曲线荷载-位移骨架曲线可以直观地反映出试件在水 平荷载作用下的开裂、屈服、最大荷载以及延性

30、 等 主 要特征。屈服点 根 据 FEMA 273 规 范7 建 议 的 方 法确定。屈服荷 载 Py 为 试 件 峰 值 荷 载 的 85% 。连 接 原点与骨架曲线上 0. 6Py 点，并延长至 Py 水平线，其 交点为结构的显著屈服点。极限位移取为荷载 下 降至峰值荷载 85% 所对应的结构位移，详见图 9。图 10 给出了试件的 主 要 承 载 力 特 征 参 数，表 2 给 出 了 试 件各特征点的实测值及破坏形态。从图 10 可知试件在达到峰值荷载前并未显著进 入弹塑性阶段，水平抗侧刚度没有明显衰减，试 件 损图 7 试件局部破坏照片Local failure pattern of

31、 specimenFig 7大。伴随着内 填 墙 中 暗 竖 缝 的 压 碎，整 体 内 填 墙 分割为若干个 缝 间 墙，内 填 墙 的 变 形 由 剪 切 变 形 转 为 缝间墙弯曲变形，此时，试件达到最大 承 载 力。随 着 加载的继续，缝 间 墙 在 外 力 作 用 下 呈 现 出 明 显 弯 曲 变形，试件的最终破坏为缝间墙根部混凝土压 碎、钢 筋屈服、形成明显塑性铰的弯曲破坏。同 时，钢 柱 根 部也明显屈曲，节点连接角钢均进入塑性，试件 表 现 出了良好的延性。图 8 滞回曲线Fig 8 Load-displacement hysteretic loops of specimen

32、20伤轻微。暗竖缝的存在相当于在内填墙中布置 了 若干薄弱环节，暗竖缝压碎时，内填墙由整片墙转 变 为 若干缝间墙，即内填墙的高宽比发生显著改变，随 后 承载力开始 降 低，这 说 明 缝 间 墙 的 弯 曲 承 载 力 小 于 内填墙的整体剪切承载力。峰值过后承载力退 化 缓 慢，水平段维持较长，试件表现出了良好的延性 和 耗 能能力，呈延性破坏。向顶点位移。由图 11 可以看出，试件 整 体 的 初 始 抗 侧 刚 度 实 测值为 128. 2kN / mm，试件一层的初始抗侧刚度实测 值为 277. 8kN / mm，而二层的初始抗侧刚度实测值为238. 1kN / mm，一层 抗 侧

33、刚 度 略 大 于 二 层 抗 侧 刚 度， 说明试件加载初期二层变形略大。试件在顶点 侧 移 比达到 0. 5% ( 10. 6mm) 时，结构达到最大承载力，暗 竖缝开始压碎，内填墙受力模式发生转变，由整 体 剪 切变形转化 为 缝 间 墙 弯 曲 变 形，此 时 整 体 抗 侧 刚 度 为 66. 75kN / mm，为初始抗侧刚度的 52% 。试件在顶 点侧移 比 0. 75% ( 15. 9mm) 时，暗竖缝基本均被压 碎，整体抗侧 刚 度 为 33. 19kN / mm，仅 为 初 始 抗 侧 刚 度的 26% ，刚度退化程度较大。加 载 后 期 刚 度 退 化 均匀、缓慢。图 9

34、 结构显著屈服点的确定方法Fig 9 Method of the structure yielding point图 11 刚度退化曲线Fig 11 Curves of stiffness degradation3. 4强度退化在同一加 载 目 标 位 移 作 用 下，试 件 承 载 力 随 着反复加载次数的增加而不断退化，JGJ10196建 筑8 建 议 采 用 强 度 退 化 系 数 来 描抗震试验方 法 规 程 图 10 试件的骨架曲线Fig 10 Skeleton curve of specimen述结构承载力的退化规律。强度退化系数又称 荷 载降低系数，即 为 同 级 加 载 各 次

35、 循 环 所 得 的 峰 值 荷 载 与该级第一次循环所得的峰值荷载的比值。为 了 解 内填暗竖缝 PSRCW 结构的强度退化规律，根据试验 得到的水平荷 载-顶点位移滞回曲线，确 定 带 暗 竖 缝 的 PSRCW 结构在同级荷载作用下的强度退化系数， 采用式( 2) 计算。表 2 试验实测结果Table 2 Experimental results加载 开裂荷载 屈服荷载 峰值荷载 残余荷载破坏形态Pc / kNPy / kNPm / kNPu / kN方向缝 间 墙 根 部 形成塑性 铰，两 柱 脚外翼 缘 屈 曲， 梁 柱 连 接 顶 底 角 钢 及 顶 梁 端 部形成塑性铰正向200

36、469. 4552. 2406. 9P2i( 2)i =1Pi负向150422. 6497. 2387. 61式中: i 为第 i 级荷载作用下的强度退化系数; Pi 为第 i 级荷载作用下第 1 次循环的峰点荷载; P2 为第 i注: 开裂荷载取内填墙出现首条裂缝时所对应的水平荷载; 残余荷载取试件后期的极限水平承载力。i级荷载作用下第 2 次循环的峰点荷载。从图 12a 中可以看出，在同级荷载作用下，强度退化系数约为 0. 9 左右，承载力退化程度较小。为了更真实地反映结构整体强度随着荷 载 增 大的退化规律，本文将引入结构整体退化系数，根 据 公 式( 3) 计算。3. 3刚度退化试件抗

37、侧移刚度的退化规律反映了试件 结 构 性能的退化过程。为了更真实地反映试件刚度退 化 规律，采用了第一级循环的点对点刚度:K =( 1)P1i= P( 3)iw式中: P + 、P 为试件同级荷载下第一滞回环顶点的正向、负 向 水 平 荷 载; + 、 同 一 滞 回 环 的 正 向、负m式中， 为第 i 级荷载作用下的整体强度退化系数。iw21P +P + 图 12b 给出了试件总体强度退化系数与加载位 移之间的变化关系曲线，并同试件破坏荷载 ( 峰值荷载的 85% ) 所对应的 0. 85 和 0. 85 水平线进行了对 比。可以看出，承载力退化速度缓慢，且 退 化 至 峰 值 荷载 85

38、% 时曲线 的 水 平 段 很 长，结 构在破坏荷载后 仍具有较高的残余承载力。的损伤程 度，影 响 到震后结构的修复和功能恢复。本文对试件的残余变形及残余变形率进行了细致的 分析，详见表 4。由表 4 可知:( 1) 随着水平荷载的增加，试件整体及楼层的残余变形逐渐 增 大，这 反 映 了 试 件 进 入 非 线 性 的 程 度及试件的损伤程度。( 2) 在同级荷载水平下，试件整体的残余变形率 与试件楼层的残余变形率基本相等。( 3) 试件在以荷载控制的阶段，最大的平均残余 变 形 率 约 为 0. 13。 结 构 在 顶 点 侧 移 比 3. 00%( 63. 8mm) 时，试件最大的平均

39、 残 余 变 形 率 为 0. 59。 同文献10相 比，远小于混凝土 框 架结 构 的 后期残 余变形率 0. 90 左右。3. 7 耗能控制结构 在 地 震 中 的 损 伤 程 度，关 键 是 考 察 结 构是否能合 理 耗 散 地 震 的 输 入 能 量，使 结 构 的 主 体 不发生严重损坏。这也意味着结构耗能能力成 为 评 价结构性能 好 坏 的 另 一 重 要 指 标，结 构 的 耗 能 可 以 通过结构的荷 载-位移曲线所包含 的 面积 衡量，滞 回 环越饱 满，表明结构的耗能能力越 强。 本 文 采 用 Origin7. 0 软件自带的绘图功能和计算功能来精确计 算每一个滞回环

40、的面积，图 13 给出了 试 件 在 低 周 往 复荷载作用 下 的 整 体 耗 能 情 况，具 体 包 括 试 件 的 整 体耗能和楼层耗能。( a) 同级荷载作用( b) 异级荷载作用图 12 强度退化曲线Fig 12 Strength degradation curves3. 5 变形及延性位 移 延性系数是衡量结 构 变形能 力的 重要 指 标，其定义为 = u / y ，式中，y 为结构显著屈服时 的位移，u 为结构的极限位移。由于试件在整个加 载过程中，变形主要集中于二层，所以重点分析 试 件 的整体及二层变形特征。表 3 给出了试 件 的 整 体 及 楼层位移和延性系数。从表 3

41、 可以看出，结构的整体位移延性系数在 6 左右，楼层层间位移延性系数最大可达 10，结构获得 了良好的延性。在罕遇地震作用下，为防止结构 倒 塌，我 国 现 行 抗震规范9 对常用结构体系的层间侧移角限值作了 规定。由于带 暗 竖 缝 的 PSRCW 结 构 为 一 种 新 型 混 合结构，抗 震 规 范 尚 未 给 出 限 值 要 求。本 文 参 考 混 凝土剪力墙结构在罕遇地震作用下的结构层间侧移 角 限 值 为 1 /100 的 规 定，表 3 给 出 了 带 暗 竖 缝 PSRCW 结构的最大楼层层间侧移角实测值为 1 /41， 远远大于规范限值，表明带暗竖缝 PSRCW 结构具有 优

42、良的抗倒塌能力。3. 6 残余变形及残余变形率FEMA 273 规范7 对 于 结 构 在 地震作用下的变 形控制指标 评 价 体 系 中，不 仅 包 含 结 构 最 大 的 层 间 侧移，同时还包含了对 结构 残余变形的控制。结 构 在地震作用下残余变形的大小直接关系到结构震后图 13 能量耗散Fig 13 Energy dissipation由图 13 可知，加载初期 试 件 的 整 体 耗 能 主 要 以二层耗能 为 主，二层内填墙损 伤 较 一 层严重。加 载后期一层内 填 墙 的 损 伤 开 始 加 剧，参 与 的 耗 能 比 例 开始大幅提高。结构的耗能能力还可以采用等效粘滞阻尼比

43、 eq表 3 试件位移及延性系数Table 3 Displacement and ductility coefficient of specimen开裂屈服峰值极限加载方向延性系数 c / mm c / H y / mm y / H m / mm m / H u / mm u / H 正向负向1. 801. 131 /11811 /18814. 64. 41 /4621 /4838. 37. 41 /2561 /28727. 333. 71 /781 /635. 947. 66整体正向负向1. 010. 621 /10891 /17742. 32. 71 /4781 /4074. 75. 01

44、 /2341 /22020. 227. 11 /541 /418. 7810. 04二层22表 4 试件残余变形Table 4 Residual deformation of specimen结构顶点二层侧移加载方向荷载级别最大变形/ mm残余变形/ mm平均残余变形率最大变形/ mm残余变形/ mm平均残余变形率残余变形率残余变形率正向负向 正向 负向 正向 负向 正向 负向 正向 负向 正向 负向 正向 负向 正向 负向 正向 负向 正向 负向 正向 负向 正向 负向2. 42 2. 244. 56 4. 388. 31 7. 4113. 44 12. 5118. 89 17. 5824.

45、 31 22. 9129. 74 28. 4535. 18 33. 9540. 69 39. 5446. 02 44. 9151. 37 50. 2861. 59 59. 590. 29 0. 020. 71 0. 341. 70 1. 123. 64 2. 345. 73 3. 428. 25 6. 2611. 07 9. 1914. 29 12. 7318. 08 17. 0422. 53 21. 3526. 95 26. 2136. 50 35. 290. 120. 010. 160. 080. 200. 150. 270. 190. 300. 190. 340. 270. 370. 3

46、20. 410. 380. 440. 430. 490. 480. 520. 520. 590. 591. 34 1. 272. 46 2. 694. 74 4. 969. 13 9. 9713. 82 14. 8718. 35 19. 5422. 33 23. 7225. 25 27. 3027. 59 30. 8830. 23 34. 3432. 64 37. 8737. 79 43. 780. 17 0. 020. 34 0. 340. 94 1. 052. 49 2. 544. 00 3. 575. 97 6. 117. 95 8. 489. 49 10. 9610. 98 13. 9

47、513. 29 16. 9515. 31 20. 2320. 37 26. 140. 130. 020. 140. 130. 200. 210. 270. 250. 290. 240. 330. 310. 360. 360. 380. 400. 400. 450. 440. 490. 470. 530. 540. 60250kN0. 060. 07400kN0. 120. 1310. 6mm0. 180. 2115. 9mm0. 230. 2621. 3mm0. 250. 2626. 6mm0. 310. 3231. 9mm0. 350. 3637. 2mm0. 390. 3942. 5mm0

48、. 440. 4247. 8mm0. 480. 4753. 1mm0. 520. 5063. 8mm0. 590. 57来评价，见公式( 4) 与图 14。SABC + SADC= 2( S( 4)eq+ S)OBEODF由 图 15 可 知，在 试 件 达 到 峰 值 点 位 移 ( m=8. 3mm) 时，等效粘滞阻尼系数为 0. 084。加载后期，试件等效粘 滞 阻 尼 系 数 最 大 可 达 0. 151。这 进 一 步说明暗竖 缝 压 碎 前，结 构 的 耗 能 有 限。暗 竖 缝 压 碎后，内填墙耗能模式以缝间墙的弯曲耗能为主，试 件 表现出良好的耗能能力。图 15等效粘滞阻尼系数

49、( 整体)Fig 15 Equivalent viscous damping ratio碎前以整体 剪 切 变 形 为 主，在 暗 竖 缝 压 碎 后 以 缝 间墙的弯曲变形为主。为进一步揭示内填墙的变 形 行 为，了解内填 墙 对 PSRCW 结 构 的 刚 度 贡 献，本 文 通 过沿内填墙对角布置的 4 个位移计来计算内填 墙 的 变形规律。内填墙的剪切变形可根据下列简化 公 式 计算得出:图 14 P- 滞回曲线Fig 14P- hysteretic loop1 222槡b + h=·( 5)w2bh式中: 1 、2 为内填墙对角位移计所 测 试 的 数 据; b为两对角位移

50、计基座之间的水平距离; h 为两对角位移计基座之间的垂直距离。图 16 给出了试 验 过 程 中 内 填 墙 的 荷 载-转 角 关 系曲线。从图 16 可以看出，内 填 墙 在 两 个 加 载 方 向234试件局部性能分析4. 1 内填墙受力性能4. 1. 1 内填墙剪切变形带暗 竖 缝 的 PSRCW 结构的 内 填墙在暗竖缝压 的总体剪切 变 形 基 本 对 称，并 随 着 水 平 荷 载 的 增 大而增加，这充 分 反 映 了 内 填 墙 沿 两 个 方 向 剪 切 刚 度 衰减基本相近。内填墙剪切变形滞回曲线的捏 缩 明 显大于结构 楼 层 的 滞 回 曲 线，表 明 楼 层 整 体

51、 变 形 中 内填墙及 PSRCW 结构的弯曲变形占有一定比重。碎，内填墙由 剪 切 型 向 弯 曲 型 过 渡，刚 度 衰 减 过 快。随后，内填墙的受力模式发生转变，在顶点位移 比 为0. 75% ( 15. 9mm) 时，刚度衰减幅度明显减缓。4. 2界面滑移及分离PSRCW 为组合结 构，通 过 抗 剪 连 接 件 将 钢 框 架和内填墙 连 为 整 体。外 力 作 用 下，两 者 之 间 会 产 生分离及滑移。本文通过布置在一层钢梁中部上 下 表 面的位移计 监 测 了 带 竖 缝 PSRCW 结 构 内 填 墙 与 梁 之间的相对滑移。图 17 为滑移位移计 HY1-1、HY2-2

52、( 图 5b) 测量结果。从图 17 可以看出，由于 U 形弯筋 在外力作用 下 未 发 生 疲 劳 断 裂，一 层 钢 梁 上 下 界 面 的滑移非常小，最大不超过 0. 3mm，抗剪连接件处于 弹性工作范围。图 16 内填墙变形滞回曲线Fig 16 Hysteretic loops of infill wall4. 1. 2内填墙刚度为了 进 一 步 探 讨 带 暗 竖 缝 PSRCW 结 构 中 内 填暗竖缝墙刚度退化规律以及内填墙对试件整体楼层刚度的贡献，本 文 对 试 件 二 楼 层 刚 度 及 二 层 内 填 墙 刚度进行了 对 比 分 析，并 分 析 了 二 层 内 填 墙 在

53、每 级 荷载作用下的刚度退化，分析结果见表 5。表 5 二层内填墙剪切刚度与楼层刚度对比 Table 5 Story stiffness and shear stiffness of the second story图 17 水平荷载-界面滑移曲线Fig 17 Lateral load-interface slips图 18、19 给 出 了 带 暗 竖 缝 PSRCW 结 构 一 层 及二层 A 柱和 B 柱 与 内 填 墙 的 分 离 位 移 计 ( 图 5b) 的量测结果。可 见，一 层 A 柱 顶 角 部 后 期 分 离 量 最 大有 3mm，小于一层 靠 近 B 柱 顶 角部最大分离量。二层内填墙与钢柱的分离量 最 大为 3mm，远 小 于 钢 框架内填实体墙结构6。试验中内填墙被分割 为 若 干个缝间墙，在试件达到最大承载力时，整体内填 墙 同 钢框架 的 分 离 量 还 很 小。当试件达到最大承载力 后，暗竖缝被压碎，由整体内填墙斜压传力转换 为 缝 间墙弯曲传力，内填墙的整体变形行为被弱化，刚 度 也随之降低，钢 框 架 同 内 填 墙 的 刚 度 匹 配 逐 渐 趋 于 优化，两者变形趋于协调，大幅降低两者的分离。二层刚度 / kN·mm 1加