不同再生骨料掺量的中高剪力墙振动台试验研究

不同再生骨料掺量的中高剪力墙振动台试验研究第27卷，第2期？?????????????????20伟6月世？?界??地？徒??工？?gWORLDEARTHQUAKEENGINEERINGVo.l27No.2Jun.20章编号:1007-6069(2011)02-0057-06张建伟，丹？硼，曹万林,池彦忠1,211,21(1.北京工业大学建筑工程学院，北京100124;2.城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室，北京100124)摘？?要:为了研究再生混凝土剪力墙的动力性能，进行了3个1/3缩尺的不同再生骨料取代率的中高剪力墙模型的模拟地震振动台试验，其中1个为普通混凝土剪力墙、1个为再生粗骨料混凝土剪力墙、1个为全再生骨料混凝土剪力墙。试验过程经历了剪力墙弹性、开裂和破坏阶段，实测并比较分析了各剪力墙在不同阶段的动力特性、动力反应及破坏形态。试验结果表明：再生粗骨料混凝土中高剪力墙具有和普通混凝土剪力墙相近的抗震性能，其墙体开裂时台面加速度输入降低9.7%其弹塑性位移角达到1/120时台面加速度输入降低5.8%,经合理设计,可用于建筑结构。关键词:再生混凝土冲高剪力墙；抗震性能;振动台试验中图分类号：TU375;P315??92??????????献标志码:AEarthquakesimulationtestonmid??riserecycledconcreteshearwallswithdifferentpercentageofaggregatereplacementZHANGJianwei,DANShan,CAOWanlin,CHIYanzhong1,211,21(1.CollegeofArchitectureandCivilEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China;2.KeyLabofUrbanSecurityandDisasterEngineering,MOE,Beijing100124,China)Abstract:Toachievetheseismicperformanceofrecycledconcreteshearwalls,three1/3scaledmodelswithdif??ferentpercentageofaggregatereplacemen,tincludingonenaturalconcreteshearwal,lonerecycledconcreteshearwallwith100%recycledcoarseaggregateandonerecycledconcreteshearwallwith100%recycledcoarseandfineaggregate,weretestedontheshakingtable.Thetestingprocessincludedelastic,cracking,andfailurestagesofthemodelstructures.Dynamiccharacteristicanddynamicresponseofthestructuresatdifferentstageswerestudiedandalsomadethecomparisonbetweenfailurepatternsof3models.Bycomparingthetestresultsshowthattheseis??micperformanceoftherecycledcoarseaggregateconcreteshearwallisclosetotheseismicperformanceofthenatu??ralconcreteshearwal.lAtthefirstcrackappearingontherecycledconcreteshearwal,lthepeakoftheaccelera??tionappliedtoexciteitisdecreasedby9.7%comparedwiththatappliedtoexcitethenaturalshearwal.lAtthefailurestageofspecimenwith1/120roofdriftangle,thepeakoftheaccelerationappliedtoexciteitisdecreasedby5.8%.Itcanbeusedtobuildingstructureengineeringthroughreasonabledesign.Keywords:recycledconcrete;mid??riseshearwal;lseismicperformance;shakingtabletest引言随着城市的发展，建筑垃圾越来越多，如何处理这些建筑垃圾已成为社会可持续发展亟需解决的问题。？??？攵稿日期:2011-05-23;??修订日期:2011-05-25???福金项目：北京市自然科学基金项目（8102010）;国家H^一五科技支撑计划课题（2008BAJ08B14址京市高校中青年骨干人才培养计划项目？???乍者简介:张建伟（1971-）男,副教授，博士，主要从事工程结构抗震研究.E??mai:lzhangjw@58世？沸？碗？德？?工??程？???????????????????????????????第??7卷在土木工程中应用再生混凝土，是建筑垃圾资源化利用的主要途径。所谓的再生混凝土，就是将废弃混凝土块破碎、清洗、分级后，分别形成再生粗骨料和细骨料，用其全部或部分代替天然骨料配制而成的混凝土对再生混凝土的物理和材料力学性能研究，国内外已经取得了较多的成果[2-4][5-10]o。为了将再生混凝土应用于建筑结构工程，近几年国内外对再生混凝土构件及结构的力学性能和滞回性能的研究越来越多，但对再生混凝土构件及结构的动力性能研究还很少。为了了解再生混凝土剪力墙的动力性能，文中进行了不同再生骨料取代率的中高剪力墙模型的模拟地震振动台试验研究。1??试验设计??莫型设计与试验装置共设计3个1/3缩尺的试验模型淇高宽比均为1.5淇中试件SW为普通混凝土剪力墙，试件RBSW为再生粗骨料取代率为100%勺混凝土剪力墙，试件RCSW为再生粗、细骨料取代率均为100%勺混凝土剪力墙。为了便于比较，各剪力墙的尺寸、截面、配筋和边缘构造均相同，试件的尺寸及配筋见图1。模型制作用的再生混凝土骨料来自北京西单某商场旧建筑拆除的框架梁柱废弃混凝土，其原混凝土强度设计等级为C20,由北京元泰达环保建材有限公司加工生产。试验用普通混凝土和再生混凝土的强度设计等级均为C30采用细石混凝土浇筑，两种混凝土的粗骨料最大粒径均为10mm,其配合比和实测力学性能见表1。墙板暗柱钢筋采用HPB235级，分布筋及箍筋采用8#镀锌铁丝，其力学性能见表2。模型的几何相似系数为1??3,模型的相似系数见表3。试验在北京工业大学工程结构试验中心3m??3m台面的振动台上进行。模型上部的荷重梢与模型通过螺栓固定，两者之间没有相对位移。顶部附加质量块用水泥砂浆和泡沫胶固定，以保证试验过程中质量块与荷重梢不发生相对滑动。模型轴压比按0.1设计，由此计算得到的顶部荷重梢和附加荷重块总重量为50kN。试验装置见图2。表1??昆凝土配合比及力学性能Table1??Mixproportionsandmechanicalpropertiesofconcrete试件编号SWRBSWRCSW配合比（质量比）水泥？?天然砂？?天然石子？冰=1??1.25??2.5??0.5水泥？既然砂??再生粗骨料？冰=1??1.25??2.5??0.5冰泥？?再生细骨料？?再生粗骨料？冰=1??1.25??2.5??0.55立方体抗压强度/MPa35.532.631.2弹性模量/MPa3.13??1042.68??1042.35??104图2??式验装置图1?微型配筋图Fig.1??Steelbarsketchofmodels表2?生冈筋力学性能Table2??Mechanicalpropertiesofsteelbar钢筋直径??8屈服强度/MPa极限强度/MPa弹性模量/MPa338.20492.881.98??105Fig.2??Testsetup表3?微型与原型相似系数Table3??Similitudecoefficient物理量相似比（模型/原型）物理量相似比（模型/原型）应力？？1时间t（1/3）应变？？1加速度a15??式验过程与测试内容地震波选用ElCentro（1940）N??Sfe震波（X方向）。根据时间相似关系,振动台ElCentro波输入的时间间隔为0.02??0.577=0.01154或1续时间为50??0.577=30.581s模型的试验台面实际输入过程见表4。表4?饴面实际输入过程Table4??Testprocedure序号12345678910111213141516171819地震烈度7度基本烈度7度罕遇烈度8度罕遇烈度9度罕遇烈度台面输入加速度峰值/g模型SW0.1420.1820.2220.3210.3970.4360.5300.6130.6910.6930.8590.9301.0051.0421.1831.3421.5661.805—模型RBSW0.1050.1530.2000.2830.3960.5060.5660.6140.6260.7360.7970.8881.0141.0621.3171.4751.6101.8181.820模型RCSW0.1430.1720.1980.3220.3300.4660.4860.6400.6800.7480.8410.8500.9530.9721.0721.2451.4671.8001.820每个模型在试验前和每级加载后都要进行自振频率的测试，具体测试方法为：每级试验完毕后，均用低幅白噪声对模型进行激振，在此过程中用动态数据采集系统采集模型顶部的加速度反应，通过对加速度反应曲线的分析，可以得出模型的自振频率。主要测试内容：剪力墙模型的自振频率；台面加速度、模型顶部加速度反应;模型顶部位移反应；剪力墙内暗柱钢筋根部应变；人工观测并描绘裂缝。2??试验结果及分析2.1??自振频率通过白噪声对模型的激振试验，测得的模型在各个阶段的第1阶自振频率见表5所示。表5??自振频率测试结果Table5??Testresultsoffrequencies模型SW试验阶段地震波激振前0.693g地震波后（初裂）1.342g地震波后1.805g地震波后f110.909.808.015.84模型RBSW试验阶段地震波激振前0.626g地震波后（初裂）0.797g地震波后0.888g地震波后1.610g地震波后1.820g地震波后f110.709.258.518.208.075.40模型RCSW试验阶段地震波激振前0.466g地震波后（初裂）0.748g地震波后0.953g地震波后1.467g地震波后1.820g地震波后f110.9010.219.018.306.835.25由表5可见，随着输入地震波加速度峰值的增大根型的裂缝不断地增多与开展,3个模型的自振频率均逐渐减小。3个模型开裂前的初始自振频率相近模型开裂后，随着再生骨料掺量的增加，自振频率降低速度有加快的趋势。2.2?劫口速度反应RBSW60世？沸？碗？德？?工??程？???????????????????????????????第切卷速度值比模型SW降低9.7%模型RCSW勺开裂台面加速度比模型SW降低32.8%。2.3??位移反应各模型在试验各阶段的顶部最大位移反应及位移角见表6。3个模型在开裂后相同峰值加速度时的顶点最大位移反应时程曲线见图4由表6和图4可见，与普通混凝土中高剪力墙相比，再生粗骨料混凝土中高剪力墙的顶点最大位移反应稍有增大，全再生骨料混凝土中高剪力墙的顶点最大位移反应明显增大。当到达规范规定的混凝土剪力墙弹塑性层间位移角限值时[11]，模型RBSW的台面输入加速度比模型SW降低5.8%,模型RCSW勺台面输入加速度比模型SW降低31.5%O图3?严裂前、后模型顶点加速度反应时程曲线Fig.3??Absoluteaccelerationresponsesofthem□dels图4?严裂后模型顶点位移反应时程曲线比较Fig.4??Comparisonofroofdriftsresponsesaftercracking表6?微型顶点位移反应最大值Table6??Maximumdisplacementresponsesofmodels台面输入Zg0.1420.1820.2220.3210.3970.4360.5300.6130.6910.6930.8590.9301.0051.0421.1831.3421.5661.805模型SW顶点位移/mm0.1700.2170.2840.5660.6220.8500.9061.1321.2461.4721.5862.3223.0583.4544.2134.7566.28415.91层间位移角??/rad1/45581/35711/27291/13691/12461/9121/8551/6851/6221/5261/4891/3341/2531/2241/1841/1631/1231/49台面输入/g0.1050.1530.2000.2830.3960.5060.5660.6140.6260.7360.7970.8881.0141.0621.3171.4751.6101.8181.820模型RBSW顶点位移/mm0.3400.4520.6221.0761.0821.1101.1321.1421.1901.5861.8681.9823.1703.8504.1345.2106.6246.85218.12层间位移角??/rad1/22791/17151/12461/7201/7161/6981/6851/6791/6511/4891/4151/3911/2441/2011/1871/1491/1171/1131/43台面输入/g0.1430.1720.1980.3220.3300.4660.4860.6400.6800.7480.8410.8500.9530.9721.0721.2451.4671.8001.820模型RCSW页点位移/mm0.3400.5660.6220.6820.7920.9060.9621.0201.1322.0382.3722.6043.8795.5216.4008.3249.23016.2024.18层间位移角??/rad1/22791/13691/12461/11361/9791/8551/8061/7601/6851/3801/3271/2981/2001/1401/1211/931/841/481/322.4??破坏现象3个模型在达到规范规定的混凝土剪力墙的最大弹塑性层间位移角时的裂缝情况和破坏照片见图5。模型最终破坏形态见图6。模型SW在输入台面加速度为0.693g地震波后（第10次输入），剪力墙两端暗柱中部开始出现水平裂缝，剪力墙初裂。输入台面加速度为1.042g地震波后（第14次输入），剪力墙出现斜向剪切裂缝，震后裂缝1.模型RBSW在输入台面加速度为0.626g地震波后（第8次输入），剪力墙端部暗柱中部出现水平裂缝，剪力墙初裂。输入台面加速度为0.797g地震波后（第11次输入），剪力墙出现斜向剪切裂缝，在随后的加载过程中，此裂缝不断开展延伸，并成为最终破坏时的主裂缝。输入台面加速度为0.888g地震波后（第12次输入），震后主裂缝最大宽度已达0.2mm,斜裂缝已贯穿整个墙体。输入台面加速度为1.610g地震波后（第16次输入），震后裂缝最大宽度达到0.4mm,裂缝处混凝土掉皮现象比较严重,剪力墙层间最大位移角已达1/120。输入加速度峰值为1.820g地震波后（第19次输入）,剪力墙层间最大位移角达到1/43，剪力墙丧失承载能力。模型RCSW在输入台面加速度为0.466g地震波后（第6次输入）,模型端部暗柱中部及上部出现水平裂缝，剪力墙初裂。在输入台面加速度为0.748g地震波后（第10次输入），墙体中部出现斜向剪切裂缝。在输入台面加速度为0.953g地震波后（第13次输入），此斜裂缝延伸至墙体角部，并成为最终破坏时的主裂缝。在输入台面加速度为1.072g地震波后（第15次输入），震后主裂缝最大宽度已达0.22mm,裂缝处混凝土开始有掉皮现象，剪力墙层间最大位移角已达1/120。在输入台面加速度为1.800g地震波后（第18次输入）,剪力墙层间最大位移角达到1/48,剪力墙丧失承载能力。图5?微型层间位移角为1/120时的裂缝图Fig.5??Failuremodesofspecimenswith1/120roofdriftangle???加图5、图6可见:虽然模型的破坏形态均以剪切破坏为主，但其破坏过程和形态有所差异。普通混凝土剪力墙SW为典型的剪切破坏，主裂缝一经出现，便迅速开展，整个构件呈明显的脆性破坏特征；再生粗骨料混凝土剪力墙RBSW虽然也以剪切破坏为主，但其墙体裂缝较小且数量较多，分布相对均匀，墙体的塑性发展较充分；全再生混凝土剪力墙RCSW破坏较为严重。图6?微型最终破坏形态Fig.6??Finalfailuremodesofspecimens62世？沸？碗？德？?工??程？???????????????????????????????第??7卷3??吉论(1)与普通混凝土中高剪力墙相比，再生混凝土中高剪力墙开裂后的自振频率衰减速度随着再生骨料掺量的增加呈加快趋势。(2)在开裂前的弹性阶段，再生混凝土中高剪力墙和普通混凝土中高剪力墙的加速度反应相近；剪力墙的开裂加速度随再生骨料掺量的增加而降低。其中再生粗骨料混凝土剪力墙的开裂加速度比普通混凝土剪力墙降低9.7%全再生骨料混凝土剪力墙的开裂加速度比普通混凝土剪力墙降低32.8%;当剪力墙弹塑性层间位移角达到1/120时，再生粗骨料混凝土剪力墙的台面输入加速度比普通混凝土剪力墙降低5.8%,全再生骨料混凝土剪力墙的台面输入加速度比普通混凝土剪力墙降低31.5%。(3)在台面输入基本相同的情况下，与普通混凝土中高剪力墙相比再生粗骨料混凝土中高剪力墙的顶点最大位移反应稍有增大，全再生骨料混凝土中高剪力墙的顶点最大位移反应明显增大。(4)再生粗骨料混凝土中高剪力墙破坏形态与普通混凝土中高剪力墙相比，其墙体裂缝较小且数量较多，分布相对均匀，墙体的塑性发展较充分;全再生骨料混凝土剪力墙破坏较为严重。研究表明，再生粗骨料混凝土中高剪力墙可在实际建筑工程结构中应用。参考文献[1]??[2]??[3]??DG/TJ08-2018-2007H生混凝土应用技术规程[S].DG/TJ08-2018-2007TechnicalCodeontheApplicationofRecycledConcrete[S].AmnonK.TreatmentsfortheImprovementofRecycledAggregate[J].JournalofMaterialsinCivilEngineering,2004,16(6):597-603宋？?次dl,邹超英，徐？?彳韦.再生混凝土基本力学性能的试验研究.[J].低温建筑技术,2007,(3):15-16.SONGCan,ZOUChaoying,XUWe.iExperimentanalysisonbasicmechanicpropertyofrecycledconcrete[J].LowTemperatureArchitectureTechnology,2007(3):15-16.[4]??[5]??AjdukiewiczA,KliszcewiczA.2002,24(2):269-27的建庄,兰？?阳.再生粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究[J].特种结构,2006,23(1):9??12.XIAOJianzhuang,LANYang.Preliminarystudyonmechanicalpropertiesandshearbehaviorofrecycledcoarseaggregateconcrete[J].SpecialStructures,2006,23(1):9-12.[6]??[7]??Gonzalez??FonteboaB,Martinez??AbellaF.Shearstrengthofrecycledconcretebeams[J].ConstructionandBuildingMaterials2007,21(4):887-893.曹万林，徐泰光，刘？?弓虽，等.再生混凝土高剪力墙抗震性能试验研究[J].世界地震工程,2009,24(2):21-26.CAOWanlin,XUTaiguang,LIUQiang,eta.lExperimentalstudyonseismicperformanceofhigh??riserec