钢板砖砌体组合抗震加固改造技术

1）承载力

组合框架的屈服荷载Py定义为骨架曲线出现明显拐点时的荷载，在试验现象中表现为框架梁端侧板局部屈曲，对应的位移为屈服位移Δy。组合框架所能承受的最大荷载定义为峰值点荷载Pmax，对应的位移为峰值点位移Δmax。极限荷载Pu定义为峰值点荷载的85%［73］，对应的位移为极限位移Δu。由此确定的组合框架各阶段荷载和位移值见表13－2所示。

表13－2　各阶段荷载及位移值

从表13－2中可以看出，KJ－2在达到峰值点、极限状态时位移均比KJ－1小。相对而言，KJ－1变形能力更好，但两者屈服荷载值和峰值点荷载值相差不大，即当竖向压应力水平不超过0.2时，其对组合框架的承载力影响不大。

2）强度退化

结构的强度退化可由同级荷载退化系数λi和总体荷载退化系数λj来描述［72－73］。本次试验同级荷载退化系数λi定义为同一级加载最后一次循环峰值点荷载与第一次循环峰值点荷载的比值，总体荷载退化系数λj定义为第j级加载峰值点荷载与试件峰值点荷载的比值，两榀框架同级荷载退化系数λi和总体荷载退化系数λj随加载位移的变化情况如图13－16所示。

图13－16　强度退化系数－位移等级关系曲线

由图13－16（a）可见，在Δy正向加载时，试件KJ－1和KJ－2的λi均大于1，这是由于此时框架未达到峰值点承载力，梁端钢板材料强化，使框架承载力略有提高；2Δy后框架同级强度退化比较明显，这是由于框架已达到峰值点承载力，梁端变形严重，柱脚开始局部屈曲进入破坏阶段，此后强度退化更加显著。比较两榀框架的λi变化曲线，发现试件KJ－2的λi基本小于KJ－1，说明试件KJ－2的同级强度退化更明显。由图13－16（b）可见，试件KJ－1无论正向加载还是反向加载，达到3Δy之前总体荷载没有退化，只是在后期退化比较明显；试件KJ－2反向加载时，2Δy之后总体荷载就开始明显退化，且后期退化比试件KJ－1更明显。

3）刚度退化

结构的刚度退化可以由环线刚度Kj来描述［72－73］。Kj值按公式（13－3）计算。

式中表示加载位移为Δ/Δy＝j时第i次循环的峰值点荷载，表示加载位移为Δ/Δy＝j时第i次循环的峰值点位移。由此计算所得的环线刚度Kj随位移等级的变化曲线如图13－17所示。(www.xing528.com)

图13－17　刚度退化系数－位移等级关系曲线

由图13－17可知，框架屈服后随加载等级的增加刚度退化现象比较明显，这是由钢材塑性、局部屈曲、砖砌体破坏和焊缝撕裂等引起的。两榀框架刚度退化系数曲线基本重合，说明竖向压应力水平不大于0.2时其对框架刚度退化趋势的影响并不明显。

4）延性和耗能

位移延性系数μ和层间转角延性系数μθ总体上可反映组合框架的延性特性［72－73］。位移延性系数μ定义为框架极限位移Δu与屈服位移Δy的比值，层间转角延性系数μθ定义为极限位移角θu与屈服位移角θy的比值，其中，，H为柱高。根据以上定义，框架各阶段位移、层转角及延性系数如表13－3所示。

表13－3　各阶段位移、层转角及延性系数

从表13－3可以看出，KJ－1在正向加载和反向加载中的延性系数都比KJ－2大，说明随着竖向压应力水平的增大，框架延性降低。试件的延性系数达到3.18～4.2，试件破坏时的层转角达到1/22～1/29，说明框架具有良好的变形能力。

组合框架的耗能能力可通过耗能量与能量耗散系数E来定量地说明［73］。耗能量定义为每个滞回环的面积，能量耗散系数定义为实际耗能与弹性能的比值。两榀框架的耗能量与能量耗散系数见表13－4和表13－5所示。

表13－4　试件KJ－1耗能能力一览表

表13－5　试件KJ－2耗能能力一览表

从表13－4、表13－5可以看出，试件KJ－1和KJ－2在屈服前的耗能量分别占总耗能的4.88%和5.11%，这是由于框架在弹性阶段通过结构胶的开裂剥离和砖砌体的破坏等吸收了一定的能量；屈服后的耗能量占总耗能的95%左右，说明框架的耗能主要通过屈服后的钢材弹塑性变形和材料破坏来实现，包括梁端钢板的明显局部屈曲变形、砖砌体破坏以及柱脚钢板的局部屈曲变形、焊缝破坏等。观察表中数据的变化可以看出，不论是耗能量还是能量耗散系数，随着加载等级的增加都不断增大，滞回环越来越饱满，吸收能量越来越多，体现出了很好的耗能能力。此外，比较两榀框架的总耗能量可以看出，随着竖向压应力水平的增加，结构耗能能力有所下降。