高性能混凝土剪力墙抗震性能及约束边缘构件设计方法研究

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1、第二十一届全国高层建筑结构学术会议论文2010年高性能混凝土剪力墙抗震性能及约束边缘构件设计方法研究1邓明科1韩晓超2梁兴文1车佳玲1(1西安建筑科技大学土木工程学院西安：710055；2大唐洛阳电厂)摘要：做了29个悬臂高性能混凝土剪力墙试件的拟静力试验，包括9个矩形截面剪力墙、6个带端柱剪力墙和14个型钢高性能混凝土剪力墙试件，截面两端边缘约束构件中的箍筋采用高强钢丝并为分段约束构造形式(多个独立的约束区段)。混凝土强度为80～90MPa，剪力墙的剪跨比为1．0-2．5，实际轴压比为0．2加．35。研究结果表明，根据轴压比和位移

2、延性需求确定的分段约束箍筋以及设置型钢或端柱，均可以明显改善高性能混凝土剪力墙的脆性，使高性能混凝土剪力墙的延性指标达到设计要求。根据理论分析和试验研究，提出了剪力墙基于顶点位移角限值的边缘约束构件设计方法。关键词：高性能混凝土，抗震性能，分段约束箍筋，边缘约束构件，设计方法钢筋混凝土剪力墙是一种广泛应用于高层建筑的抗侧力构件，在抗震结构中，剪力墙作为主要的抗侧力构件，通常为第一道抗震防线，其抗震性能优劣对整个房屋的抗震性能影响极大，所以我国抗震规范”‘将剪力墙称为抗震J皤(seismicwall)。由于“剪力墙”这一术语容易使人们

3、认为这种墙的受力特性是以受剪为主，而延性混凝土墙应以受弯为主，因而美国ACI规范El把剪力墙称为结构墙(structuralwall)。目前，我国规范"j关于剪力墙结构的抗震设计是基于承载力的设计，这种设计方法在避免建筑结构出现造成人员伤亡的破坏方面具有一定的可靠性，但却不能在强烈地震或中等地震中有效地控制地震造成的损失。20世纪90年代以来，人们对剪力墙结构基于性能的抗震设计理论与方法进行了较多研究，本项目组对高性能混凝土剪力墙进行了试验研究，对其性能设计理论与方法进行了探索，本文将对主要成果进行介绍。1试验研究思路高性能混凝土具

4、有高强度、高耐久性、高流动性及高抗渗性能等优点，适应了现代工程结构向大跨、高耸、重载发展和承受恶劣环境条件的需要，是混凝土技术的一个重要发展方向。钢筋混凝土剪力墙是一种广泛应用于房屋建筑的抗侧力结构构件。在高层及超高层建筑的底部若干层采用高性能混凝土剪力墙抵抗水平荷载，可以减小剪力墙厚度，提高房屋的使用面积，具有明显的经济效益和社会效益。但是，由于高性能混凝土的脆性及剪力墙本身变形能力较差，所以高性能混凝土剪力墙的抗震性能尤其是变形能力有待研究和改善。目前，一般在剪力墙截面两端设置约束边缘构件并配置适量的箍筋来提高其截面的变形能力。

5、其中箍筋的做法是：在约束长度范围内设置一个封闭箍筋，并按构造要求设置必要的拉筋。当截面受压区约束箍筋范围内靠近外边缘的混凝土达到约束混凝土的极限压应变时，箍筋屈服，将降低对约束箍筋范围内其余混凝土的约束能力。邓明科．男，1979．5．工学博上．副教授基金项目：国家自然科学基金资助项日(50908187：51078305)；高等学校博士学科点专项科研基金项目(20070703002)：陕西省自然科学基金项目(2009JQ7013)：陕西省教育厅章项科研计划项目(09JK514)。第_十一届全国高层建筑结构学术会议论文2010年根据剪力

6、墙截面高度较大的特点，如果在边缘约束长度范围内沿截面高度设置几个长度较短的封闭箍筋，并在纵向钢筋处连接(称之为分段约束箍筋)，则靠近截面外侧的混凝土达到约束混凝土的极限压应变时，最外侧的一个封闭箍筋屈服，该范围内的受压混凝土卸载，压力转给与其相邻的约束箍筋范围内的混凝土承受，依此类推。可见，这种约束箍筋设置方案可使边缘约束长度范围内的混凝土均达到约束混凝土的极限压应变，从而提高了剪力墙的侧向变形能力。另外，高强箍筋因无屈服平台(硬钢)或屈服平台较短(软钢)，其屈服后的应变较小，即使在屈服后也能对混凝土形成一定的约束。所以，采用分段约

7、束高强箍筋新配筋方案有望提高高性能混凝土剪力墙的变形能力。为此，文献14Jl副提出采用分段约束高强箍筋来改善高性能混凝土剪力墙的侧向变形能力，并通过试验予以验证。震害和试验研究表明ff”，建筑结构的倒塌主要是由于结构的变形能力小于相应的变形需求，基于承载力的设计方法不能定量地设计剪力墙的变形能力，而基于性能的抗震设计理论可根据构件的变形需求定量地设计其变形能力。因此，文献弦j将基于性能的抗震设计理论应用于高性能混凝土剪力墙的抗震设计，并通过试验研究予以验证。文献"11。砷1分别对矩形截面、带端柱截面和型钢高性能混凝土剪力墙进行了试验

8、研究。试验研究的基本思路是：先按性能抗震设计理论设计高性能混凝土剪力墙试件，包括剪力墙水平承载力和截面变形能力以及提高其抗震性能的有效措施；然后对其进行拟静力试验，验证性能设计理论的合理性和所采取的抗震构造措施的有效性，重点研究所采用