钢桁架连梁联肢剪力墙耗能机理及抗震性能试验研究

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摘要：对设置全钢桁架连梁和设置钢筋混凝土、钢桁架混合连梁的双层联肢剪力墙平面结构进行了拟动力试验和低周反复荷载试验，研究了不同工况地震波作用下剪力墙的时程响应，以及其破坏机理、承载力、滞回延性性能、耗能机理、刚度及强度退化机理。试验结果表明：全部设置钢桁架连梁的剪力墙的刚度分布合理，耗能机理及刚度强度退化机理符合联肢剪力墙抗震设计的要求。大震时，在保证较高耗能能力的同时能够维持较高的承载力和刚度，持续约束墙肢，抗震性能优于混凝土连梁联肢剪力墙体系，是一种较理想的连梁设置方案。

关键词：钢桁架连梁联肢剪力墙；抗震性能；拟动力试验；低周反复荷载试验；耗能机理

中图分类号：TU398.2

文献标志码：A

文章编号：16744764（2014）01001609

地震荷载作用下，高层建筑联肢剪力墙的墙肢会出现剪切破坏或弯曲破坏，墙肢的内力分布及破坏形态与连梁的刚度和承载力有十分密切的关系，特别是为了满足建筑设计和保证建筑整体抗侧刚度的要求，连梁常被设计成小跨高比形式，而刚度设计过大或者配筋较多的混凝土连梁不屈服，使联肢剪力墙趋近于悬臂墙，对于实现超静定结构及提高剪力墙的延性是极为不利的[1]。为解决小跨高比连梁刚度过大、延性差、耗散地震能力低和震后不便更换等问题，中国、美国、加拿大及韩国的学者研究了实腹型钢连梁形式[28]，对其跨高比、耗能能力、设计理念及锚固方案等进行了试验研究，以期利用钢材延性耗能好的优势改善联肢剪力墙的抗震性能。在实腹钢连梁的基础上，提出并研究了钢桁架连梁形式，比较实腹式钢连梁，其刚度可以控制调节，可以按抗震需要设计刚度值，使其避开地震波卓越周期，避免产生共振。正常使用状态及小震作用下，与剪力墙一起工作保持弹性状态，大震作用下，交叉腹杆抗剪屈服，形成塑性铰，耗散大量地震能量，构筑了联肢剪力墙的多道抗震防线。

课题组先期对这种连梁形式进行了单个构件和节点层面的研究[912]，证明了其结构合理性。为了进一步研究其剪力墙平面结构的耗能机理和抗震性能，设计了两榀剪力墙，采用拟动力和拟静力方法（低周反复荷载试验方法）进行试验研究，以期掌握其地震响应规律（包括位移、加速度、底部剪力等时程变化），并研究这种剪力墙结构的耗能机理、滞回延性性能、刚度和强度退化等内容，总结规律，为实现把这种结构体系应用于抗震设计创造条件。

林倩，等：钢桁架连梁联肢剪力墙耗能机理及抗震性能试验研究

1试验概况

1.1试验设计

试件设计参考某高层框架剪力墙结构顶部2层，横向考虑3个开间、纵向2个进深的平面，开间尺寸为4.5 m，进深尺寸6.0 m，层高为3.0 m。按1：3的缩尺比例，制作完成了SW及RSW两榀联肢剪力墙模型。其中SW2层配置的是钢桁架连梁，RSW的连梁首层采用钢桁架、第2层按强度相等的原则采用的是钢筋混凝土连梁。试件的墙肢及连梁具体尺寸、配筋如图1所示。

图1剪力墙试件设计详图

钢桁架连梁上下弦杆采用半工字型10号钢，交叉腹杆采用L30×3等边角钢，尺寸如图1（c）所示，腹杆焊接到半工字型钢的腹板上，桁架端头每边焊接4根角钢埋入剪力墙，与剪力墙混凝土形成锚板，具体情况如图2所示；联肢剪力墙及混凝土连梁各截面配筋如图1（d）所示，剪力墙边缘的箍筋加密形成暗柱，墙肢底部500 mm高度范围内箍筋及纵向钢筋加密。型钢及钢筋的材料力学性能如表1所示。28 d混凝土立方体抗压强度平均值为48.98 N/mm2。

1.2试验加载仪器设备

试件水平荷载通过作动器作用于剪力墙加载端头上，并在楼层高度处设置位移计测量剪力墙侧移大小，如图3所示。

试验采用电液伺服加载系统FCS101A。水平荷载中心线处设置上下2根传力钢拉杆；设置上下2个压电式位移传感器，与作动器相接，输入信号以控制作动器位移加载。

1.3加载方案

试验分2阶段：1）采用拟动力试验，输入地震波，研究结构的地震响应；2）拟动力试验结束后，采用低周反复荷载试验进行位控加载，研究耗能及抗震性能。

拟动力试验输入EL Centro（SN）地震波，根据试验的相似理论，一二楼层质量输入为m1=m2=19 300 kg；调整EL Centro（SN）波峰值为：50、100、200、300、400、600 cm/s2，分别模拟6～9、9度以上的地震加速度，时间间隔Δt按相似关系计算调整为0012 s，地震波持时12 s。阻尼比输入根据文献[13]取定，如表2所示。