加气混凝土墙板摇摆节点抗震性能试验研究(下)

加气混凝土墙板摇摆节点抗震性能试验研究
张国伟，肖伟，陈博珊，卢清刚
(北京建筑大学“工程结构与新材料”北京高等学校工程研究中心；
北京市建筑设计研究院有限公司)

3 试验结果分析

3.1 滞回曲线

试件的荷载-位移滞回曲线显示，各试件的滞回曲线呈反S形，反映了框架与墙体间的滑移，滞回环的面积较饱满，表明框架填充墙结构吸收的能量较多，对结构的抗震和延性有利。

从试件的荷载-位移滞回曲线可看出：在层间位移角达到l／250之前时，滞回曲线的残余变形较小，滞回环较狭窄且面积小，表明试件处于线弹性工作状态；当ALC板材角部和节点周围出现裂缝时，试件的水平位移突然增大，荷载明显下降。

从滞回曲线还可看出：不同的节点连接方式，对试件的承载力和滞回性能并无太大影响，各试件的滞回性能相近。外挂式板材的峰值荷载明显大于内嵌式板材试件，由于在试件制作过程中，外挂式试件悬挂6块板材，板材与框架之间的间隙很小，内嵌式试件悬挂5块板材，板材与框架有200mm的间隙，这也是导致外挂式板材的破坏程度大于内嵌式板材的重要原因。因此建议设计时在板材与框架梁柱间预留一定间隙，并用柔性填充材料填充缝隙，以减少试件在地震过程中的破坏。

3.2 骨架曲线

12个试件的骨架曲线如图4所示。

从图4可看出，试件WSl和WF1的极限荷载与试件NSl和NFl相差较大，而其余试件的极限荷载基本相同，且勾头螺栓节点板材试件的极限荷载明显大于预埋件节点和直螺栓节点板材试件，主要是由于新型节点采用了可摇摆设计，节点本身并不约束板材的变形，传统勾头螺栓节点采用焊接形式，节点与框架为刚接。

3.3 刚度退化曲线

试件在低周往复荷载作用下，用割线刚度K表示各构件刚度，各试件的刚度系数按式(1)计算：

分别选取内嵌式和外挂式板材与空框架作对比，其刚度退化曲线如图5所示。

从图5可看出，EF为空框架的刚度退化曲线，表明铰接框架的设计起到了不提供刚度的作用；不同的节点连接形式对框架结构具有明显的刚度效应。内嵌式勾头螺栓节点试件NSl的初始刚度是空框架试件EF的1.9倍，直螺栓节点试件Ns2的初始刚度是空框架试件EF的2.2倍；外挂式勾头螺栓节点试件WSl的初始刚度是空框架EF的2.6倍，直螺栓节点试件wWS3的初始刚度是空框架的3.9倍。试验结束时，各试件板材的割线刚度退化到很小，表明板材后期基本退出工作，此时侧向刚度应由框架本身提供。

3.4 强度退化

用强度退化系数A表示试件在低周往复荷载作用下最大荷载随循环次数而降低的现象，试件的强度退化系数按式(2)计算：

各试件的强度退化系数如表2所示。

从表2可以看出，在层间位移角达到1／250前，强度退化系数均接近1，表明此时板材与结构连接可靠，未出现大面
积裂缝；在层间位移角达到1／50时，节点开始出现转动，板材角部裂缝扩展，试件的强度退化系数降低较陕。表明新设计的两种节点形式起到了摇摆作用，降低了墙体表面的破坏。

3.5 板材抗侧刚度简化公式

计算填充墙体对钢框架结构抗侧刚度影响程度的精确计算值，是一个比较复杂的问题，不同科研人员利用不同的试验条件、试验材料和节点连接方式得出了不同的试验结果，有的结果可提高几倍，而有的结果只结果提高百分之几。依据试验结果，建议将钢框架ALC板材的抗侧刚度简化为主要由钢框架、填充墙体和拼接材料组成。由于本试验的钢框架采用铰接模型，忽略钢框架的抗侧刚度影响，因此板材抗侧刚度KT按式(3)计算：

将考虑不同的厚度和施工方法，聚氨酯泡沫胶拼接材料的抗侧刚度取1200～4000N／mm；蒸压加气混凝土板材的弹性模量取l700N/mm2，泊松比取0.2。根据式(3)计算出各框架墙板整体抗侧刚度(表3)。

从表3中可看出，对墙体抗侧刚度影响较大的主要因素有板材本身材料，性能和拼接工法。根据简化公式(3)，可算出板材抗侧刚度，计算结果表明，该简化公式计算结果与试验结果较吻合，试验得到的填充墙的抗侧刚度落在使用简化公式计算刚度范围内，验证了公式的可靠性，但计算过程中未考虑节点形式，框架类型等。

4 结论及建议

(1) 通过对12榀不同节点形式的ALC墙板试件的滞回曲线对比，可看出采用“摇摆节点”的墙体弹性层间位移角可取1／250；各试件滞回曲线饱满，墙体抗震性能良好。

(2) ALC墙体对钢框架结构的承载力和刚度均有一定提高作用，其提高程度与节点连接的形式和板材悬挂方式有关，设计时应根据工程实际考虑。

(3) “摇摆式”节点具有良好的连接性能，其提供了一定的柔性变性能力，因此可满足弹塑性层间位移角达到1／50时，节点不发生破坏和减轻板材节
点区的破坏。

(4) ALC墙板自身具有较高的强度和刚度，试验过程中板材内部并未发生大面积破坏。破坏主要集中在板材角部，拼接缝和节点区周围，建议采用“摇摆式”节点和板材与框架间填充柔性材料以减轻板材破坏程度。

——摘自《建筑技术》2016年——