粘钢加固方式对钢筋混凝土剪力墙抗震性能的影响

粘钢加固方式对钢筋混凝土剪力墙抗震性能的影响

1剪力墙边缘构件的合理限制新中国成立以来，为了满足生产和生活的需要，中国建造了大量的建筑。就设计参考期而言，许多建筑处于维护和加固期。混凝土剪力墙是建筑物的主要的抗侧力构件,在我国建筑,特别是高层建筑中被广泛使用。1989年以前所建的建筑中,剪力墙一般不设置边缘构件,随着震害经验的积累,剪力墙边缘构件的重要性逐渐为人们所认识,我国1989年建筑抗震设计规范对剪力墙边缘箍筋和纵筋配筋率做了最小值的规定,2001年,建筑抗震规范在1989规范的基础上,对剪力墙约束边缘构件配箍特征值作了进一步的要求。以现行规范来看,许多已有的剪力墙配筋量不足,特别是边缘配筋量不足,因此,剪力墙的加固显得尤为重要。目前,粘钢加固法具有施工方便,不损伤原结构等优点而被广泛用作混凝土剪力墙的加固。尽管粘钢加固法在我国有一定的应用,但是,对于这种加固方式确切的加固效果还没有深入的认识。为此,本课题组就这一问题进行了6片混凝土剪力墙低周反复试验,以研究粘钢加固法对混凝土剪力墙的抗震性能的影响。2低周反复试验本次试验制作了6片外形尺寸相同的混凝土剪力墙,并分别进行了低周反复试验,试件的编号和特征见表1。试件配筋及粘钢位置示意图见图1及图2,试件截面相关参数见表2,其中混凝土强度试验按照《建筑抗震试验方法规程》进行。3试验装置和数据采集试验过程需要对试件水平反复荷载下的变形进行量测,测量仪器包括:力传感器、位移传感器和应变计。试件的侧面安装有3个位移传感器,位移传感器按高度方向上、中、下布置,分布示意图见图3;试件内部钢筋和混凝土表面粘贴有应变片,应变片为BX120-3AA型电阻应变片,用以测量水平反复荷载作用下钢筋和混凝土的应变,应变片布置图见图4所示,所有位移传感器和力传感器数据均由计算机通过DH3817动静态应变测试数据采集系统自动采集。本试验采用拟静力试验加载装置进行加载。首先利用竖向千斤顶施加竖向荷载至预定值,然后利用水平作动器施加反复水平荷载。试验加载程序采用力和位移混合控制方式,试件屈服前采用力控制,分级加载,初始加载值为估算屈服荷载值的25%左右,接近估算开裂和屈服荷载时减少级差;试件屈服后采用位移控制,分级加荷,每级循环3次。试件是否进入屈服状态的判断参照《建筑抗震试验方法规程(JGJ101-96)》的有关规定。4点力-位移滞回曲线根据试验数据结果可以得到各个试件的顶点力-位移滞回曲线,如图5～图10所示,根据试验结果,可以得到试件的顶点力-位移骨架曲线以及相关性能参数,见表3。4.1sw-3骨架曲线SW-4,SW-5是用角钢和扁钢加固的试件,并在端部分别以植筋和锚栓方式固定于基座内,以SW-3为参照,加固所用水平向U形箍用来弥补被加固墙体箍筋的不足,竖向角钢和扁钢用来弥补被加固墙体竖向钢筋的不足。SW-1,SW-3,SW-4,SW-5骨架曲线见图11。可以看出,粘钢加固混凝土剪力墙具有较明显的效果,具体说明如下:(1)试件的破坏形式试件SW-1的破坏为墙体根部形成塑性铰,角部混凝土压酥,钢筋拉断而破坏;试件SW-4墙体整体性比较好,破坏形式主要是墙体根部抬起,钢筋拉断;试件SW-5端部为焊接角钢,并利用镙栓锚固在基座内,破坏形式为墙体底部混凝土出现水平裂缝,钢筋及加固角钢、扁钢拉断而破坏;SW-3为按现行规范设置边缘构件的剪力墙,用以作为其他几个试件的参照,其破坏形式为墙体中下部出现大量水平及斜向裂缝,墙体角部混凝土压酥,钢筋拉断而破坏。(2)加固试件的屈服承载力和极限承载力由图11曲线可以得到各试件的水平承载力等性能参数,详见表3。从表3可以看出加固试件SW-4和SW-5的屈服承载力较SW-1分别提高24%和129%,较SW-3分别为相当和提高78%,极限承载力较SW-1分别提高66%和94%,较SW-3分别提高25%和46%。(3)位移延性系数试件SW-1的位移延性系数为4.9,试件SW-3的位移延性系数为3.6,试件SW-4的位移延性系数为3.3,试件SW-5的位移延性系数为5.7。(4)w-5的贸易摩擦图5、图7、图8、图9为试件SW-1,SW-3,SW-4,SW-5的顶点力-位移曲线图,从图中可以看到,试件SW-1的滞回环比较狭窄,呈反S形,SW-4,SW-5的滞回环比较饱满,呈弓形,与SW-3相比SW-4,SW-5试件滞回环形状更为丰满。4.2提高剪力墙试件SW-2是按中国1989年建筑抗震设计规范设置边缘构件的剪力墙,SW-3是按照现行规范设置边缘构件的剪力墙,其配箍特征值可见表2。SW-6是用水平向U形扁钢加固的试件,用来弥补原墙体箍筋的不足,扁钢用对拉锚栓固定于墙内。SW-2、SW-3、SW-6的试验骨架曲线见图12。可以看出,粘贴水平U形扁钢对提高剪力墙也有较明显的效果,具体说明如下:(1)破坏形式试件SW-2的破坏为墙体中下部出现大量斜向裂缝,墙体角部混凝土压酥,钢筋拉断而破坏;加固试件SW-6破坏形式为墙体底部混凝土压坏,钢筋拉断而破坏。(2)承载力图12为试件SW-2,SW-3,SW-6的顶点力-位移骨架曲线,由该曲线可以得到各试件的水平承载力等性能参数,详见表3。从表3可以看出加固试件SW-6的屈服承载力较SW-2提高39%,较SW-3提高15%,极限承载力较SW-2提高48%,较SW-3提高38%。(3)位移延性系数从表3看出试件SW-2的位移延性系数为3.7,试件SW-3的位移延性系数为3.6,试件SW-6的位移延性系数为3.1。(4)抗震耗能能力图6、图7、图10为试件SW-2,SW-3,SW-6的顶点力-位移曲线图,从图中可以看到,试件SW-2的滞回环与SW-3比较相似,与SW-3相比SW-6试件滞回环形状更为丰满,包含面积更大,呈弓形,说明粘贴水平U形扁钢以弥补箍筋不足的方式加固剪力墙试件也能够得到较好的抗震加固效果。5现行规范对支护结构的性能分析通过本次试验及分析,可以得到以下结论:(1)粘钢加固对提高混凝土剪力墙的水平承载力有明显的效果。加固试件SW-4和SW-5的屈服承载力较SW-1分别提高24%和129%,较SW-3分别为相当和提高78%,极限承载力较SW-1分别提高66%和94%,较SW-3分别提高25%和46%。SW-6的屈服承载力较SW-2提高39%,较SW-3提高15%,极限承载力较SW-2提高48%,较SW-3提高38%。以现行规范为参照,经粘钢加固后的构件在承载力方面能够达到或超过按现行规范设计的墙体。(2)粘钢加固对混凝土剪力墙的位移延性没有明显的提高。各试件位移延性系数见表4,其位移延性系数均在3以上,但粘钢加固后的试件的延性系数不一定得到提高。(3)粘钢加固时加固材料在墙体端部的锚固方式对混凝土剪力墙的破坏形式和承载力等性能指标有比较明显的影响。加固试件SW-4破坏形式主要是墙体根部抬起,钢筋拉断,主要还是锚固失效而破坏;试件SW-5破坏形式为墙体底部混凝土拉裂,钢筋及加固角钢、扁钢拉断而破坏。加固试件SW-5比SW-4的屈服承载力和极限承载力高出83%和17%,说明利用螺栓锚固比植筋