近50年剪力墻結(jié)構(gòu)震害及其對(duì)抗震設(shè)計(jì)的啟示

徐培福，黃吉鋒，陳富盛

摘要：目的：作為一種較好的抗震結(jié)構(gòu)體系，現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)在國(guó)外和國(guó)內(nèi)得到比較廣泛的應(yīng)用。通過(guò)國(guó)內(nèi)外大地震中現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)震害的研究分析，檢驗(yàn)其抗震性能和設(shè)計(jì)方法的可靠性，提出剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)啟示。方法：簡(jiǎn)要回顧和分析了近 50年國(guó)內(nèi)外8次大地震中現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能表現(xiàn)和典型震害特點(diǎn)，8次大地震分別為：1960年5月22日智利8.5級(jí)地震、1967年7月委內(nèi)瑞拉的加拉加斯6.5級(jí)地震、1977年3月羅馬尼亞7.2級(jí)地震、1985年3月智利7.8級(jí)地震、1995年1月日本阪神7.3級(jí)地震、2008年5月中國(guó)汶川8級(jí)地震、2010年2月智利8.8級(jí)地震、2013年4月中國(guó)四川蘆山7級(jí)地震。其中，對(duì)日本神戶某10層公寓2號(hào)樓和智利Torre Alto Rio公寓，利用推覆程序，分析對(duì)比按中國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)與原設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)抗震性能表現(xiàn)。結(jié)果：1）歷次震害表明，即使建造在設(shè)防烈度8度和9度區(qū)的高層剪力墻結(jié)構(gòu)，若在設(shè)計(jì)中注意結(jié)構(gòu)的規(guī)則性和抗震構(gòu)造，則大部分建筑具有良好的抗震性能；剪力墻結(jié)構(gòu)體系剛度大，并具有較高的抗震承載能力，在強(qiáng)烈地震作用下可減少結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞。2）本文的兩個(gè)工程計(jì)算分析對(duì)比表明，中國(guó)規(guī)范規(guī)定的地震作用計(jì)算、結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算以及剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度要求，均具有合適的安全度。智利規(guī)范缺乏對(duì)結(jié)構(gòu)規(guī)則性的要求。3）智利2010年以前的規(guī)范缺乏設(shè)置約束邊緣構(gòu)件的規(guī)定，而在2010年智利的8.8級(jí)強(qiáng)烈地震中，剪力墻結(jié)構(gòu)的震害進(jìn)一步說(shuō)明了設(shè)置約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件的重要性。4）對(duì)超過(guò)中國(guó)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3—2010（以下簡(jiǎn)稱“高規(guī)”）中A級(jí)高度，或體型復(fù)雜、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜的高層剪力墻結(jié)構(gòu)，建議采用“高規(guī)”中的“性能設(shè)計(jì)”方法，按中震不屈服或中震彈性驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力和構(gòu)件的承載力。計(jì)算中控制拉應(yīng)力，并按偏心受拉狀態(tài)驗(yàn)算縱向鋼筋的配筋，同時(shí)，壓應(yīng)力也不能過(guò)大，以避免墻端部混凝土壓碎、縱向鋼筋壓曲，尤其應(yīng)注意避免采用獨(dú)立的柔性一字形剪力墻。5）現(xiàn)行“高規(guī)”中規(guī)定的剪力墻軸壓比（重力荷載代表值作用下墻肢承受的軸壓力設(shè)計(jì)值與墻肢的安全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比值）是采用重力荷載代表值作用下的軸壓力設(shè)計(jì)值計(jì)算的軸壓比，建議除了滿足此規(guī)定外，增加采用考慮地震作用組合的軸壓力設(shè)計(jì)值計(jì)算的軸壓比作為控制值，其軸壓比的限值宜相應(yīng)放松，這樣有利于控制周邊墻肢具有合適的厚度。6）“高規(guī)”中規(guī)定了剪力墻可不設(shè)置約束邊緣構(gòu)件的最大軸壓比限值。按此規(guī)定，比較多的 10～20層的剪力墻結(jié)構(gòu)可不設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，建議考慮適當(dāng)加嚴(yán)高層建筑剪力墻可不設(shè)置約束邊緣構(gòu)件的最大軸壓比限值，以提高高層剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能。7）對(duì)于超過(guò)A級(jí)高度或體型復(fù)雜的高層剪力墻結(jié)構(gòu)，建議適當(dāng)增加設(shè)置約束邊緣構(gòu)件的高度范圍，如從底部加強(qiáng)區(qū)延伸到軸壓比 n≤0.3或 n≤0.25的樓層高度。結(jié)論：1）規(guī)則的現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。2）中國(guó)規(guī)范規(guī)定的地震作用計(jì)算、構(gòu)件承載力計(jì)算以及剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度要求，均具有合適的安全度；規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)規(guī)則性要求以及剪力墻端部設(shè)置邊緣構(gòu)件，有利于提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。3）房屋高度超過(guò)“高規(guī)”中A級(jí)高度或體型復(fù)雜、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜的高層剪力墻結(jié)構(gòu)，宜采用規(guī)范規(guī)定的性能設(shè)計(jì)方法。4）建議剪力墻軸壓比計(jì)算，除了滿足重力荷載代表值作用下的軸壓力設(shè)計(jì)值計(jì)算的軸壓比規(guī)定外，增加采用考慮地震作用組合的軸壓力設(shè)計(jì)值計(jì)算的軸壓比作為控制值，其軸壓比限值宜適當(dāng)放松。建議考慮適當(dāng)加嚴(yán)高層建筑剪力墻可不設(shè)置約束邊緣構(gòu)件的最大軸壓比限值。5）對(duì)于超過(guò)A級(jí)高度或體型復(fù)雜的高層剪力墻結(jié)構(gòu)，建議適當(dāng)增加約束邊緣構(gòu)件的高度范圍，從底部加強(qiáng)區(qū)延伸到軸壓比n≤0.3或n≤0.25的樓層高度。

來(lái)源出版物：建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2017, 38(3): 1-13

入選年份：2017

跨度800 m穹頂結(jié)構(gòu)選型研究與相關(guān)問(wèn)題

馮遠(yuǎn)，向新岸，張恒飛，等

摘要：目的：隨著城市環(huán)境變化和現(xiàn)代工程技術(shù)發(fā)展，建造1000 m級(jí)超大型城市穹頂以營(yíng)造一個(gè)特定的區(qū)域小環(huán)境，逐漸成為現(xiàn)實(shí)需求。城市穹頂突破現(xiàn)有結(jié)構(gòu)尺度極限，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨新的挑戰(zhàn)。本文以建造在寒冷地區(qū)的跨度800 m的穹頂方案為背景，研究其結(jié)構(gòu)方案可行性，總結(jié)歸納超大跨度城市穹頂結(jié)構(gòu)選型的建議，并思考超大跨度穹頂設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題。方法：提出城市穹頂概念；跨度800 m結(jié)構(gòu)方案選型階段，使用ANSYS、MIDAS、MATLAB等軟件，對(duì)剛性結(jié)構(gòu)、雜交結(jié)構(gòu)、柔性結(jié)構(gòu)以及組合結(jié)構(gòu)等 4大類結(jié)構(gòu)體系共計(jì)13種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行分析，以結(jié)構(gòu)剛度、穩(wěn)定承載力、用鋼量和支座反力等為指標(biāo)，總結(jié)各種結(jié)構(gòu)方案性能特點(diǎn)，同時(shí)考慮建筑通透性，確定優(yōu)選結(jié)構(gòu)方案，提出結(jié)構(gòu)選型的建議；針對(duì)研究過(guò)程中所遇到問(wèn)題，對(duì)超大跨度穹頂若干相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了初步探討。結(jié)果：可定義城市穹頂為：以營(yíng)造特定區(qū)域小環(huán)境為目標(biāo)而建造的巨型、封閉式屋蓋結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)跨度超大，可達(dá)到1000 m量級(jí)；其建筑功能不是單體建筑，更注重對(duì)區(qū)域環(huán)境的控制和影響；更加體現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備以及環(huán)境等多學(xué)科專業(yè)的集成與融合。對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)方案，綜合比較了4種雙層網(wǎng)殼和3種巨型網(wǎng)格共7種剛性結(jié)構(gòu)方案，K型角錐球面網(wǎng)殼方案與K型巨型網(wǎng)格方案結(jié)構(gòu)性能相對(duì)較好，其中前者受力性能與經(jīng)濟(jì)性能均較好，但構(gòu)件密集，方案通透性差；后者力學(xué)性能與經(jīng)濟(jì)性能不如前者，且支座反力巨大，但采用巨型網(wǎng)格劃分，建筑方案的通透性好。對(duì)于雜交結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)行了索承結(jié)構(gòu)（索承單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與索承巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)）、索桿加強(qiáng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、斜拉結(jié)構(gòu)等方案對(duì)比，索承結(jié)構(gòu)用鋼量大，約為剛性結(jié)構(gòu)方案的2.5倍、且穩(wěn)定性能差；索桿加強(qiáng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)用鋼量雖與剛性結(jié)構(gòu)方案基本相當(dāng)，但穩(wěn)定性能差；斜拉結(jié)構(gòu)格構(gòu)式巨柱是結(jié)構(gòu)性能的控制因素；雜交結(jié)構(gòu)方案結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能均較差，其可行性尚有待研究。柔性結(jié)構(gòu)（索穹頂方案）可充分發(fā)揮拉索高強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，材料用量省，但拉索內(nèi)力、支座反力、索截面均較巨大，現(xiàn)有張拉施工技術(shù)難以實(shí)施。組合結(jié)構(gòu)方案由上部索承單層網(wǎng)殼和下部雙層網(wǎng)殼組合而成，結(jié)構(gòu)剛度、穩(wěn)定性能與經(jīng)濟(jì)性均相對(duì)較優(yōu)，結(jié)構(gòu)通透性與雙層網(wǎng)殼相比得到一定改善，支反力水平與雙層網(wǎng)殼方案基本相同。對(duì)研究過(guò)程中所遇到的材料輕質(zhì)化、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)抗風(fēng)問(wèn)題、非均勻溫度場(chǎng)、結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)、建造可行性、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、節(jié)能環(huán)保、穹頂維護(hù)等9個(gè)方向問(wèn)題進(jìn)行初步探討。結(jié)論：K型角錐球面網(wǎng)殼、K型巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以及索承網(wǎng)殼-雙層網(wǎng)殼組合結(jié)構(gòu)方案是城市穹頂優(yōu)選方案，其中雙層網(wǎng)殼受力性能與經(jīng)濟(jì)性能好、通透性差；巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)通透性好，經(jīng)濟(jì)性略差；組合方案受力性能與經(jīng)濟(jì)性好，通透性介于兩者之間。超大跨度穹頂有以下幾個(gè)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問(wèn)題突出，彈塑性穩(wěn)定性能指標(biāo)成為結(jié)構(gòu)方案的控制因素；結(jié)構(gòu)受力性能與通透性難以兼顧，高效的荷載傳遞要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件連續(xù)布置，良好的通透性要求選用大尺度網(wǎng)格；對(duì)結(jié)構(gòu)體系合理性要求更高，隨著跨度增加，結(jié)構(gòu)受力缺陷會(huì)被放大，超大跨度穹頂應(yīng)選用以薄膜應(yīng)力為主的結(jié)構(gòu)體系。提出幾點(diǎn)設(shè)計(jì)建議：采用合理高效結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)以薄膜力為主，減少?gòu)澗刈饔茫贿m當(dāng)增加網(wǎng)格尺寸，與結(jié)構(gòu)超大跨度相協(xié)調(diào)；采用大范圍抽空的巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，避免網(wǎng)格過(guò)密導(dǎo)致結(jié)構(gòu)通透性不足；根據(jù)結(jié)構(gòu)不同部位受力特點(diǎn)選用不同的結(jié)構(gòu)形式，例如索承網(wǎng)殼-雙層網(wǎng)殼組合方案；采用裝配式構(gòu)造，以便于構(gòu)件運(yùn)輸與施工安裝。超大跨度穹頂實(shí)現(xiàn)中會(huì)遇到材料輕質(zhì)化、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、抗風(fēng)問(wèn)題、溫度場(chǎng)影響、結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)、建造可行性、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、節(jié)能環(huán)保以及穹頂維護(hù)等有待解決的問(wèn)題。

來(lái)源出版物：建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2017, 38(1): 21-31

入選年份：2017

混凝土空心砌塊填充墻RC框架抗震性能試驗(yàn)研究

黃群賢，郭子雄，朱雁茹，等

摘要：目的：填充墻與框架之間存在復(fù)雜的相互作用，本文考察強(qiáng)框架弱填充墻類型鋼筋混凝土框架抗震性能，揭示不同受力階段框架與填充墻復(fù)雜相互作用機(jī)理。同時(shí)基于性能設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)理念，針對(duì)傳統(tǒng)黏土磚和新型墻材研究新型砌塊填充墻框架抗震性能及不同抗震性能水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)，為新型砌塊填充墻框架彈塑性分析和基于性能抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)。方法：通過(guò)4榀單層單跨填充墻RC框架試件在水平低周往復(fù)荷載作用下的抗震性能試驗(yàn)，重點(diǎn)研究砌體填充墻砌塊類型及高寬比對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。砌塊類型包括混凝土空心砌塊和實(shí)心粘土磚兩種，填充墻高寬比有1∶1.5和1∶2.0兩種。對(duì)各試件的破壞特征、滯回曲線、骨架曲線、位移延性、剛度退化、強(qiáng)度退化和耗能性能等抗震性能指標(biāo)進(jìn)行了分析。結(jié)果：（1）3榀填充墻框架和1榀空框架均發(fā)生梁柱端塑性鉸破壞形態(tài)，保持較好的變形性能和抗倒塌性能；3榀填充墻框架破壞過(guò)程及破壞機(jī)制揭示，“強(qiáng)框架，弱填充墻”符合多道防線抵抗地震作用理念，其中填充墻是第一道防線。（2）框架柱和填充墻的抗剪強(qiáng)度比是影響結(jié)構(gòu)破壞形態(tài)的重要因素，當(dāng)框架柱和填充墻的抗剪強(qiáng)度比小于臨界值時(shí)，框架會(huì)發(fā)生柱端塑性鉸破壞。（3）填充墻的存在影響了結(jié)構(gòu)的滯回特性，提高了框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度、水平承載力和滯回耗能能力，影響程度與填充墻砌塊類型有關(guān)。（4）黏土磚填充墻框架的承載能力是空框架的1.60倍；兩榀空心砌塊填充墻框架承載能力分別是空框架的1.37和1.67倍，滑移面越大，對(duì)水平承載力的貢獻(xiàn)也越大。（5）不同砌塊填充墻對(duì)框架結(jié)構(gòu)具有明顯的剛度效應(yīng)。兩榀具有相同高寬比的黏土磚填充墻框架和空心砌塊填充墻框架初始側(cè)向剛度分別是空框架的2.69和3.05倍。（6）混凝土空心砌塊填充墻框架的剛度退化要比黏土磚填充墻框架快。試驗(yàn)終止時(shí)，各填充墻框架試件的割線剛度基本與空框架試件相當(dāng)，表明填充墻后期已基本退出工作，主要由框架提供抗側(cè)剛度。（7）填充墻參與了結(jié)構(gòu)的滯回耗能，黏土磚填充墻框架的總耗能量是空框架的1.31倍，其他兩榀空心砌塊填充墻框架的耗能能力分別為空框架的1.12和1.18倍，表明填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)耗能是有利的，黏土磚填充墻的耗能能力優(yōu)于混凝土空心砌塊填充墻。隨著變形增大，框架逐漸進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，耗能貢獻(xiàn)增大，最終成為耗能主體。（8）在相同位移幅值下，混凝土空心砌塊填充墻破壞程度要比黏土磚填充墻嚴(yán)重，嚴(yán)重影響到填充墻的平面內(nèi)和平面外的穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)對(duì)混凝土空心砌塊填充墻設(shè)置構(gòu)造措施，提高其整體性。結(jié)論：填充墻與框架之間存在復(fù)雜的相互作用機(jī)理，符合“強(qiáng)框架，弱填充墻”的填充墻框架，表現(xiàn)出良好的耗能能力、變形性能和抗倒塌性能，其共同工作機(jī)制符合多道防線抵抗地震作用理念，其中填充墻是第一道防線?；诙嗟婪谰€設(shè)計(jì)理念，填充墻框架應(yīng)設(shè)計(jì)為“強(qiáng)框架，弱填充墻”的設(shè)計(jì)指原則。此外，混凝土空心砌塊填充墻破壞程度要比黏土磚填充墻嚴(yán)重，嚴(yán)重影響到填充墻的平面內(nèi)和平面外的穩(wěn)定性，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)對(duì)混凝土空心砌塊填充墻設(shè)置構(gòu)造措施，提高其整體性。

來(lái)源出版物：建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2012, 33(2): 110-118

入選年份：2017

鋼框架內(nèi)填預(yù)制帶豎縫鋼筋混凝土剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究

趙偉，童根樹，楊強(qiáng)躍

摘要：目的：鋼框架內(nèi)填帶豎縫鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)克服了現(xiàn)澆鋼框架實(shí)體剪力墻抗側(cè)剛度大的缺點(diǎn)，具有比實(shí)體墻更好的抗震性能，但內(nèi)填墻僅與梁相連接會(huì)造成梁端腹板過(guò)早屈曲。為改進(jìn)鋼框架內(nèi)填預(yù)制帶豎縫鋼筋混凝土剪力墻的抗震性能，在梁柱節(jié)點(diǎn)上下部位增設(shè)了與實(shí)體剪力墻部分連接的耳板，增加了剪力傳遞到豎縫墻的路徑。方法：本文采用擬靜力試驗(yàn)方法探索新型鋼框架內(nèi)填預(yù)制帶豎縫鋼筋混凝土剪力墻的抗震性能。設(shè)計(jì)了2榀相同的單跨兩層1/3縮尺試件和與框架柱的耳板連接件。利用 MTS作動(dòng)器并采用荷載和位移混合控制方法對(duì)鋼框架內(nèi)填帶豎縫鋼筋混凝土剪力墻試件進(jìn)行低周往復(fù)水平加載試驗(yàn)，研究其抗震性能和驗(yàn)證耳板連接裝置的可靠性。為獲得試件側(cè)移、內(nèi)力數(shù)據(jù)，在鋼框架和內(nèi)填墻的相應(yīng)位置布置了位移計(jì)和應(yīng)變片。試驗(yàn)時(shí)，觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，采用試驗(yàn)所測(cè)得數(shù)據(jù)繪制荷載—位移滯回曲線，進(jìn)而獲得試件的骨架曲線、抗側(cè)剛度退化曲線和耗能曲線；采用鋼框架柱上控制截面的實(shí)測(cè)應(yīng)變值，得到框架柱和內(nèi)填墻承擔(dān)水平剪力和傾覆彎矩。結(jié)果：經(jīng)過(guò)對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可以得到的結(jié)果分為以下幾個(gè)方面：（1）試件破壞模式為縫間墻與實(shí)體墻的交界處的裂縫貫通、縫間墻鋼筋屈服。（2）開裂前，內(nèi)填墻變形以整體剪切變形為主；開裂后，以縫間墻的彎曲變形為主，內(nèi)填墻的耗能得到了充分發(fā)揮。（3）滯回曲線飽滿，滯回環(huán)形狀為梭形。（4）骨架曲線呈“S”型，這表明試件經(jīng)歷了彈性、塑性和破壞3個(gè)階段。（5）在初始階段，兩個(gè)試件的抗側(cè)剛度均較大，且隨著荷載的增加，抗側(cè)剛度緩慢下降沒有突變。（6）隨著水平荷載的增加，試件的等效粘滯阻尼系數(shù)不斷增大，試件在極限荷載時(shí)的等效粘滯阻尼系數(shù)均大于0.1，這表明隨著荷載的增加，試件滯回曲線趨于飽滿，塑性變形不斷增加。（7）兩個(gè)試件的整體平均位移延性系數(shù)分別為4.94和5.44，這表明試件具有良好的延性，且為延性破壞。（8）在加載初期，內(nèi)填墻承擔(dān)90%以上的水平剪力；設(shè)計(jì)荷載下，內(nèi)填墻承擔(dān)約 85%的水平力剪力。（9）鋼框架分擔(dān)的傾覆力矩隨著水平荷載的增加而增大。在加載初期，一層底部和中部鋼框架柱均承擔(dān)約60%的傾覆力矩；再設(shè)計(jì)荷載下，鋼框架柱分擔(dān)約80%的傾覆力矩。結(jié)論：鋼框架內(nèi)填帶豎縫鋼筋混凝土剪力墻試件的抗剪連接件（U形筋）在梁柱節(jié)點(diǎn)上下耳板的幫助下未發(fā)生破壞，耳板連接裝置具有可靠的工作性能；帶豎縫墻中的裂縫主要為集中在豎縫根部的彎曲裂縫，且豎縫墻的抗側(cè)承載力由這一截面的剪切破壞控制。鋼框架內(nèi)填帶豎縫鋼筋混凝土剪力墻具有良好的變形和延性、優(yōu)越的耗能里能、較高的初始抗側(cè)剛度和抗剪承載能力。

來(lái)源出版物：建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2012, 33(7): 140-146

入選年份：2017

結(jié)構(gòu)用膠合竹力學(xué)性能試驗(yàn)研究

肖巖，楊瑞珍，單波，等

摘要：目的：我國(guó)是一個(gè)木材資源相對(duì)缺乏而竹資源又非常豐富的國(guó)家，以竹代木，大力發(fā)展建筑竹材產(chǎn)業(yè)，就顯得非常重要。竹材的力學(xué)性質(zhì)較復(fù)雜，具有不同部位材料力學(xué)性質(zhì)不一致、含水率變化會(huì)引起力學(xué)性質(zhì)變化的特點(diǎn)。作者在研究和示范工程中所采用的格魯斑膠竹板縱橫向纖維量比有1∶1，2∶1，4∶1等多種形式。本文中，以應(yīng)用最多、最為典型的纖維配比為4：1、厚度為30 mm的格魯斑板為研究對(duì)象，研究其拉、壓、彎、剪性能，并給出格魯斑膠合竹的容許設(shè)計(jì)應(yīng)力建議值。方法：膠合竹材規(guī)格尺寸及測(cè)試方法尚無(wú)統(tǒng)一明確的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者規(guī)范，給膠合竹材的性能研究和在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用帶來(lái)了困難。我國(guó)現(xiàn)行《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50005規(guī)定原木和方木（含板材）采用清材小試件的試驗(yàn)結(jié)果作為確定木材設(shè)計(jì)強(qiáng)度取值的原始數(shù)據(jù)。對(duì)于規(guī)格材，尚未規(guī)定測(cè)定強(qiáng)度的方法，但傾向于采用“足尺試驗(yàn)”的方法。對(duì)于膠合竹材，本文將其看作一種竹材復(fù)合材料，主要參考《木材物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法》，及《木材無(wú)疵小試樣的試驗(yàn)方法ASTM D143—1994》對(duì)膠合竹材板進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)。結(jié)果：從小試樣力學(xué)性能試驗(yàn)，得到：① 從抗拉試驗(yàn)可以得出，0度試件的承載力明顯高于其他纖維角度的試件，且45°的試件強(qiáng)度最低。格魯斑膠竹板在順紋即0度方向的抗拉強(qiáng)度和彈性模量分別為83 MPa和10.3 GPa，而在橫紋即90度方向的抗拉強(qiáng)度和彈性模量為17 MPa和2.4 GPa。這兩個(gè)方向性能參數(shù)的比值約4∶1，與對(duì)應(yīng)纖維比4∶1基本吻合。根據(jù)試驗(yàn)值，擬合得到了格魯斑強(qiáng)度與彈性模量隨纖維角度變化的指數(shù)曲線。② 從抗壓試驗(yàn)得到了六組抗壓試件組的平均強(qiáng)度、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和準(zhǔn)確指數(shù)等結(jié)果，從中可以看出：（a）無(wú)冷壓膠合面的試件抗壓強(qiáng)度要明顯高于有冷壓膠合面的試件，且冷壓膠合面的存在對(duì)抗壓強(qiáng)度削弱了約40%；（b）有熱壓表面存在的試件抗壓強(qiáng)度要高于沒有熱壓表面的試件強(qiáng)度；（c）同樣是沒有熱壓表面的冷壓膠合試塊，尺寸小的試件測(cè)得的抗壓強(qiáng)度較大；（d）高寬比小的試件得到的抗壓強(qiáng)度大于高寬比較大的試件。格魯斑膠合竹小試件抗壓破壞模式包括端部壓碎、中間開裂、中間層屈曲和斜向壓碎等4種形式。③ 從抗彎試驗(yàn)得出，膠合竹材的抗彎彈性模量平均值為9407 MPa，抗彎強(qiáng)度平均值為99 MPa。由于膠合竹材本身的構(gòu)造特點(diǎn)，試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)了竹篾層開裂的現(xiàn)象。④ 從抗剪試驗(yàn)得出，格魯斑膠竹板抗剪強(qiáng)度平均值為16 MPa，且試驗(yàn)值得變異系數(shù)為12%，小于木材剪切強(qiáng)度試驗(yàn)所規(guī)定的變異系數(shù)，表明試驗(yàn)結(jié)果的分散程度是可以接受的。⑤ 按照木材容許應(yīng)力的確定方法，對(duì)其部分影響系數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。根據(jù)無(wú)疵小試樣試驗(yàn)結(jié)果，以及調(diào)整后的容許應(yīng)力折減系數(shù)，計(jì)算出了格魯斑膠合竹材的容許設(shè)計(jì)應(yīng)力，并與幾種結(jié)構(gòu)復(fù)合木材進(jìn)行了對(duì)比。從對(duì)比看出，格魯斑膠合竹材的容許設(shè)計(jì)應(yīng)力與LVL、PLS和LSL等幾種復(fù)合木材相當(dāng)，有的容許應(yīng)力甚至高于這幾種復(fù)合木材。結(jié)論：本文對(duì)格魯斑膠合竹材這種新型環(huán)保建筑材料進(jìn)行了研究，闡述了其不同于普通竹膠板和竹集成材的特點(diǎn)。通過(guò)力學(xué)性能試驗(yàn)，得出了格魯斑膠竹材中典型規(guī)格板材的抗拉、抗壓、抗彎、抗剪等的力學(xué)性能，最后對(duì)膠合竹結(jié)構(gòu)的容許應(yīng)力與設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了討論。除此之外，還可從試驗(yàn)分析中得出如下結(jié)論：① 施加拉力與順紋纖維方向的變化會(huì)導(dǎo)致其抗拉性能的明顯變化，且規(guī)律性明顯。② 抗壓強(qiáng)度試件的尺寸和黏結(jié)方式的不同，致使其抗壓強(qiáng)度也不同，特別是冷壓拼厚膠合面的存在會(huì)降低試件的強(qiáng)度。③ 抗壓試件及部分抗彎試件的破壞原因?yàn)橹耋g膠縫的開裂，所以加強(qiáng)膠合強(qiáng)度是增強(qiáng)其性能的一個(gè)重要因素。④ 格魯斑膠合竹材作為一種可進(jìn)行雙向纖維配比的天然復(fù)合材料，其力學(xué)性能與木材或復(fù)合木材相當(dāng)，能夠滿足結(jié)構(gòu)對(duì)材料主要力學(xué)性能的要求。

來(lái)源出版物：建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2012, 33(11): 150-157

入選年份：2017

型鋼再生混凝土黏結(jié)滑移推出試驗(yàn)及黏結(jié)強(qiáng)度分析

陳宗平，鄭華海，薛建陽(yáng)，等

摘要：目的：型鋼再生混凝土作為兩種不同材料組合而成的新型結(jié)構(gòu)構(gòu)件，型鋼與再生混凝土界面之間的黏結(jié)滑移性能直接影響著型鋼再生混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的受力性能。本文通過(guò)型鋼再生混凝土黏結(jié)滑移的靜力加載試驗(yàn)，揭示型鋼與再生混凝土之間的黏結(jié)失效破壞機(jī)理；獲取其裂縫發(fā)展形態(tài)、應(yīng)力分布情況、加載端和自由端滑移分布規(guī)律；分析再生骨料取代率、型鋼黏結(jié)部位、混凝土保護(hù)層厚度、截面配箍率、再生骨料來(lái)源和再生骨料粒徑等因素對(duì)型鋼再生混凝土黏結(jié)滑移性能的影響；獲得荷載上升階段應(yīng)變沿型鋼長(zhǎng)度的分布規(guī)律，擬合不同荷載下沿型鋼錨固長(zhǎng)度的黏結(jié)應(yīng)力分布情況。方法：再生粗骨料來(lái)源為廢棄混凝土電桿及試驗(yàn)室廢棄混凝土試塊（原生混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度均為C30）。試驗(yàn)設(shè)計(jì)22個(gè)型鋼再生混凝土試件，試件設(shè)計(jì)考慮了再生骨料取代率、黏結(jié)部位、保護(hù)層厚度、橫向配箍率、再生骨料母料強(qiáng)度和再生骨料粒徑等參數(shù)。試驗(yàn)在RMT-201力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，采用位移控制的靜力單調(diào)加載方式進(jìn)行推出試驗(yàn)，加載速率為0.002 mm/s。黏結(jié)力通過(guò)在型鋼表面黏貼電阻應(yīng)變片量測(cè)。根據(jù)型鋼和再生混凝土之間的內(nèi)力平衡關(guān)系，利用實(shí)測(cè)型鋼的應(yīng)變梯度與截面積的乘積，可獲取型鋼再生混凝土界面的黏結(jié)力傳遞及分布規(guī)律。加載端和自由端的滑移值通過(guò)布置于其上的千分表量測(cè)。結(jié)果：通過(guò)進(jìn)行型鋼與再生混凝土之間的黏結(jié)滑移性能研究，經(jīng)過(guò)研究分析發(fā)現(xiàn)。① 再生骨料取代率對(duì)試件極限荷載與混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律基本一致。② 型鋼再生混凝土的極限黏結(jié)強(qiáng)度和殘余黏結(jié)強(qiáng)度隨著再生混凝土抗壓強(qiáng)度的增大而增大。這是由于混凝土的劈裂、型鋼與混凝土的擠壓和型鋼與混凝土之間的化學(xué)膠結(jié)力等都與混凝土的力學(xué)性能有關(guān)。③ 型鋼不同部位與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度是不同的。腹板黏結(jié)強(qiáng)度最小，外翼緣次之，內(nèi)翼緣黏結(jié)強(qiáng)度最高。④ 型鋼再生混凝土界面之間的黏結(jié)力沿錨固長(zhǎng)度方向呈指數(shù)規(guī)律分布。⑤ 為保證型鋼與再生混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度，型鋼保護(hù)層厚度不宜小于50 mm，保護(hù)層厚度大于50 mm后，隨著保護(hù)層厚度增大黏結(jié)強(qiáng)度沒有顯著增大。⑥ 再生骨料母料的性質(zhì)對(duì)極限黏結(jié)強(qiáng)度有影響。再生骨料的母料混凝土使用時(shí)間越長(zhǎng)，用這種母料生產(chǎn)的骨料配置出來(lái)的同條件的混凝土強(qiáng)度越低；再生混凝土骨料粒徑越小，再生混凝土與型鋼的極限黏結(jié)強(qiáng)度越小。結(jié)論：在荷載上升階段型鋼應(yīng)變呈指數(shù)分布，型鋼翼緣外側(cè)、翼緣內(nèi)側(cè)和腹板的不同部位，黏結(jié)應(yīng)力是不一致的；混凝土保護(hù)層厚度對(duì)極限黏結(jié)強(qiáng)度有較大的影響，橫向配箍率對(duì)黏結(jié)荷載下降階段有較大影響。

來(lái)源出版物：建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2013, 34(5): 130-138

入選年份：2017