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本文作者：聶建國(guó)1朱力1樊健生1范重2劉學(xué)林2作者單位：1清華大學(xué)2中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院

試驗(yàn)現(xiàn)象

各試件試驗(yàn)過(guò)程和現(xiàn)象分別見(jiàn)表2、表3和表4，由表可知，盡管通過(guò)加勁肋對(duì)開(kāi)洞部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，但是洞口角部仍然容易出現(xiàn)斷裂，但對(duì)試件整體抗震性能影響不顯著;中柱的設(shè)置明顯限制鋼板屈曲條帶的發(fā)展，能有效提高試件的整體穩(wěn)定承載力。各試件整體破壞形態(tài)見(jiàn)圖6。

試驗(yàn)結(jié)果及分析

1荷載-位移滯回曲線

試件水平荷載-頂點(diǎn)位移(P-Δ)滯回曲線如圖8所示，水平荷載-頂點(diǎn)位移(P-Δ)骨架曲線如圖9所示。由圖8和圖9可知:1)各試件的滯回曲線均比較飽滿(mǎn)，表現(xiàn)出良好的延性和耗能能力。2)試件SPSW-1在加載后期東側(cè)柱受壓屈曲，導(dǎo)致負(fù)向加載時(shí)荷載下降較明顯;試件SPSW-3在加載后期西側(cè)柱跟和墻跟與底板的焊縫連接處開(kāi)裂，從而釋放部分能量，導(dǎo)致荷載出現(xiàn)了一定程度的下降。但在實(shí)際工程中不會(huì)發(fā)生這些情況，因此可以確定該類(lèi)鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)在達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，承載力、耗能和延性等抗震性能可以保持在很高的水平。3)試件SPSW-1的剛度和承載力明顯低于試件SPSW-2，說(shuō)明開(kāi)洞會(huì)削弱結(jié)構(gòu)的剛度和承載力。4)試件SPSW-3的剛度和承載力明顯高于試件SPSW-1，與試件SPSW-2的剛度和承載力相當(dāng)，說(shuō)明設(shè)置中柱提高了試件的剛度和承載力;試件SPSW-3荷載-位移滯回曲線較飽滿(mǎn)，說(shuō)明中柱有效抑制了屈曲拉力帶的擴(kuò)展，抑制了鋼板屈曲后的平面外變形，提高了試件的耗能能力。5)在彈性工作階段時(shí)，試件的平面外變形不明顯，說(shuō)明布置在墻板和洞口周?chē)募觿爬唢@著提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力，洞口周?chē)贾眉觿爬呔哂泻芎玫拈_(kāi)洞補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)。

2剪力-剪切變形滯回曲線

根據(jù)文獻(xiàn)［12-13］的研究結(jié)果，鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向荷載主要由腹板承擔(dān)，因而近似認(rèn)為墻板承擔(dān)了全部水平剪力。對(duì)于試件SPSW-3，因墻板開(kāi)洞降低了墻板的抗剪剛度，但洞口周?chē)贾眉觿爬咂鸬搅肆己玫难a(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)，可近似認(rèn)為開(kāi)洞墻板與不開(kāi)洞墻板承擔(dān)相同的剪力。墻板的剪切變形可根據(jù)文獻(xiàn)［14］計(jì)算得到，由于墻板受到的水平剪力沿高度方向不變，近似等于加載端荷載，墻板剪切變形的發(fā)展只與其承擔(dān)的水平剪力有關(guān)，因而剪切變形沿墻板高度方向變化很小。圖10給出了各試件第3層墻板的剪力-剪切變形滯回曲線。由圖10可知:1)試件SPSW-1的抗剪剛度明顯小于試件SPSW-2的抗剪剛度，說(shuō)明開(kāi)洞會(huì)顯著影響墻板的抗剪剛度。2)正向加載時(shí)，試件SPSW-1第3層墻板的剪切變形不斷發(fā)展，遠(yuǎn)大于負(fù)向加載時(shí)的剪切變形，其原因是洞口周?chē)贾昧思觿爬?，在其附近區(qū)域的墻板剛度較其余位置的墻板剛度顯著增強(qiáng)，正向加載時(shí)遠(yuǎn)離洞口區(qū)域的墻板受壓屈曲，墻板的抗剪剛度減弱，有利于剪切變形的發(fā)展;負(fù)向加載時(shí)洞口區(qū)域墻板受壓、遠(yuǎn)離洞口區(qū)域的墻板受拉，由于加勁肋的補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)，洞口區(qū)域的墻板剛度較大，不易受壓屈曲，負(fù)向加載時(shí)墻板的受力性能優(yōu)于正向加載時(shí)的受力性能，因此墻板的剪切變形會(huì)在正向加載時(shí)不斷發(fā)展。3)試件SPSW-2的墻板不開(kāi)洞，由于幾何對(duì)稱(chēng)性，第3層墻板剪切變形的發(fā)展在正負(fù)向加載時(shí)基本對(duì)稱(chēng)。4)試件SPSW-3第3層開(kāi)洞墻板的剪切變形大于不開(kāi)洞墻板的剪切變形，說(shuō)明洞口加勁肋的補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)尚不能完全彌補(bǔ)開(kāi)洞對(duì)墻板抗剪剛度的削弱影響。

3特征荷載和位移

文獻(xiàn)［14］給出了確定試件特征荷載和位移的方法，如圖11所示。根據(jù)文獻(xiàn)［14］并結(jié)合試件的水平荷載-頂點(diǎn)位移骨架曲線，表5給出了3個(gè)鋼板剪力墻試件的特征荷載和位移。位移延性系數(shù)μ為極限位移Δu和屈服位移Δy之比，其中極限位移Δu取為荷載降至85%Pm(Pm為極限荷載)對(duì)應(yīng)的位移。由表可知，每個(gè)試件正負(fù)向加載的極限荷載基本相等，試件SPSW-1的極限荷載明顯小于試件SPSW-2、SPSW-3。各試件的位移延性系數(shù)都在2.0以上，延性較好。需要說(shuō)明的是，試件底板焊縫受拉開(kāi)裂影響了試件延性的發(fā)揮，但實(shí)際工程中不會(huì)有這種情況發(fā)生，可保證鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的延性和抗震性能。

4承載力退化

圖12為試件承載力退化情況，由圖可知:在正向加載過(guò)程中，3個(gè)試件的承載力退化曲線波動(dòng)較小，都在0.9以上;負(fù)向加載時(shí)，試件SPSW-1的鋼管混凝土柱受壓屈曲、試件SPSW-3的柱腳焊縫受拉開(kāi)裂，試件的承載力會(huì)顯著降低，因此負(fù)向加載后期，試件SPSW-1、SPSW-3的承載力退化系數(shù)明顯減小。

5剛度退化

在位移幅值不變的條件下，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度隨反復(fù)加載次數(shù)的增加而降低的特性稱(chēng)為剛度退化，可取同級(jí)變形下的環(huán)線剛度K1表示。環(huán)線剛度的定義見(jiàn)文獻(xiàn)［15］。試件的剛度退化情況如圖13所示，由圖可知，試件SPSW-2和SPSW-3比SPSW-1具有更高的剛度，并且各試件在整個(gè)加載過(guò)程中剛度退化持續(xù)、均勻、穩(wěn)定。

6耗能能力

試件的耗能能力通常以荷載-位移滯回曲線所包圍的面積來(lái)衡量。圖14a為試件的耗能E-循環(huán)次數(shù)n曲線，圖14b為試件的累積耗能ΣE-循環(huán)次數(shù)n曲線。采用等效黏滯阻尼系數(shù)he表征試件的耗能特性，等效黏滯阻尼系數(shù)he的計(jì)算參見(jiàn)文獻(xiàn)［14］。試件的等效黏滯阻尼系數(shù)-循環(huán)次數(shù)曲線如圖14c所示。由圖14c可知，隨著循環(huán)數(shù)的增加，試件的耗能能力均有持續(xù)明顯的提高，但在加載后期由于焊縫開(kāi)裂，試件SPSW-3的耗能能力逐漸下降。