摘要 通过5个钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙和1个钢管混凝土边框混凝土剪力墙的低周反复加载试验，研究钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的受力机理及破坏模式，分析钢纤维体积率和混凝土强度对其抗震性能的影响。结果表明：钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的破坏模式为剪切破坏；墙体裂缝主要为典型的斜裂缝，钢纤维可有效限制剪力墙裂缝宽度，改善裂缝形态;随着钢纤维体积率的增大，剪力墙受剪承载力、延性和耗能能力明显提高；其他影响因素相同的条件下，钢纤维体积率为0.5%、1.0%和1.5%的剪力墙受剪承载力较未掺钢纤维剪力墙的分别提高了4.4%、12.7%和18.6%；随着混凝土强度的提高，剪力墙受剪承载力和耗能能力明显提高，但延性降低；其他影响因素相同的条件下，钢纤维混凝土强度等级为CF60、CF80剪力墙的受剪承载力较CF40剪力墙的分别提高了24%和37%。结合对文中及国内外相关文献试验数据的综合分析，提出了考虑钢纤维体积率和混凝土强度等影响的钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算方法，与试验结果吻合较好。 【关键词】钢管混凝土柱; 剪力墙; 钢纤维; 高强混凝土; 拟静力试验; 受剪承载力 0 引言 随着高层建筑的不断增高，剪力墙的高度随之增加，对其抗震性能提出了更高要求。特别是高强混凝土的应用，使得剪力墙截面尺寸减小、脆性增大。 为了克服高强混凝土的脆性，保证剪力墙具有良好的抗震性能，在国内外学者提出的众多相关的构造措施中，高强混凝土剪力墙中置入钢管而形成的钢管混凝土组合剪力墙，能够充分发挥钢与混凝土两种材料性能的优势，有效改善剪力墙的抗震性能。目前，主要有两种形式的钢管混凝土组合剪力墙，一种是钢管混凝土组合柱(叠合柱)剪力墙，如钱稼茹等[1]、白亮等[2]在约束边缘构件内配置了1～2根钢管，方小丹等[3]研究了剪力墙截面均布钢管时的受力性能，赵作周等[4]在剪力墙截面两端和中部配置多根钢管；另一种是钢管混凝土(柱)边框组合剪力墙，如Hu 等[5]、杨亚彬等[6]、廖飞宇[7]将钢管混凝土作为边框设置在剪力墙两端。此外，可有效提高剪力墙受力性能的方法是采用钢纤维混凝土[8-9]。赵军等[8]进行了6片钢纤维混凝土低矮剪力墙在低周反复荷载作用下的试验，分析了钢纤维体积率和混凝土强度对其延性、滞回性能和耗能能力的影响。结果表明，随着钢纤维体积率增大，剪力墙的延性和耗能能力显著提高；当钢纤维体积率相同时，随着混凝土强度提高，剪力墙延性降低，而耗能能力略有提高。唐兴荣等[9]进行了5片不同钢纤维掺量的钢纤维高强混凝土低矮剪力墙试验，结果表明，采用钢纤维高强混凝土的低矮剪力墙，可有效提高其受剪能力、减薄墙厚、增大其延性及耗能能力、改善抗震性能等。由于钢纤维混凝土具有优良的受弯、受剪和高韧性等性能[10-11]，在配筋密集的剪力墙中采用钢纤维混凝土[12-13]，可以提高剪力墙受力性能、减小截面尺寸、改善钢筋拥挤状况、降低施工难度和成本[14-15]。但是，钢纤维混凝土剪力墙仍存在一些问题有待深入研究，例如，对高强钢筋钢纤维混凝土剪力墙、轴压比较大的钢纤维混凝土剪力墙的抗震性能等缺乏深入研究，同时，混凝土强度对剪力墙性能影响的研究也不够系统，钢纤维混凝土剪力墙受力机理及承载力计算等需要进一步完善。 以钢管混凝土边框组合剪力墙为基础，在中间墙体掺入钢纤维形成钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙，文中通过5个钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙和1个钢管混凝土边框混凝土剪力墙的低周反复加载试验，分析钢纤维体积率、混凝土强度等对剪力墙受剪承载力的影响及钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的破坏机理。并结合国内外相关试验数据，提出钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙承载力的计算方法。 1 试验概况 图1 剪力墙试件尺寸及配筋 2 试验结果及其分析 图4 峰值荷载时各试件破坏形态 图5 加载结束后各试件破坏形态 图6 试件的破坏形态与裂缝分布 图7 试件水平荷载-位移滞回曲线 表4 试件特征点处的荷载和位移值 图8 试件骨架曲线对比 图9 剪力墙受剪承载力影响因素 3 承载力计算 图10 剪力墙墙体传力机理及受剪承载力简化计算模型 表5 剪力墙受剪承载力计算值与试验值对比 4 结论 1) 钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的破坏模式为剪切破坏。墙体裂缝主要为典型的斜裂缝，钢纤维可有效限制剪力墙裂缝宽度，改善裂缝形态，提高剪力墙受剪承载力、延性和耗能能力。其他影响因素相同的条件下，与未掺钢纤维的剪力墙相比，钢纤维体积率为0.5%、1.0%和1.5%剪力墙的受剪承载力分别提高了4.4%、12.7%和18.6%，位移延性分别提高了12%、27.8%和36.8%，累积滞回耗能分别提高了29.9%、81.7%和 229.6%。 2) 随着混凝土强度的提高，剪力墙受剪承载力和耗能能力明显提高，但延性降低。其他影响因素相同的条件下，与混凝土强度为CF40的剪力墙相比，混凝土强度为CF60和CF80剪力墙的受剪承载力分别提高了24%和37%，累积滞回耗能分别提高了92.6%和98.3%，但其位移延性分别降低了12.8%和20.6% 。 3) 钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的墙体受力机理是斜压杆-桁架机构的综合作用，所建立的低矮钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算方法也可用于低矮钢管混凝土边框普通混凝土剪力墙、钢筋钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力的计算。 来源：土木博士僧科研站；如有侵权，请联系删除
