(1)试件制备。
预制3块原型墙体试件,编号为WT1、WT2和WT3。如图4.1所示,试件尺寸为宽度890mm、长度1800mm、厚度300mm,由200mm厚混凝土承重墙、50mm厚XPS保温板及50mm厚混凝土保护层组成。为了便于在实验室台座上固定试件,承重墙的长度为2400mm。混凝土保护层采用2根方钢管连接装置,方钢管规格为40mm×40mm×2.5mm,在粘贴好应变片后用细石混凝土灌芯。其中WT1、WT2试件进行模拟风荷载静载试验,WT3试件进行模拟风荷载动载试验。
(2)风荷载计算(图4.1)。
风是相对于地球表面的空气流动。当空气流动被地面上的物体阻挡时,将改变空气流动方向并在物体表面产生风压。风压将随着风速和风向而变化。
根据《建筑荷载规范》(GB 50009—2012)和《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)的规定[3,4],作用于建筑结构上任意高度处的风荷载标准值wk按式(4.1)计算
式中:wk为风荷载标准值,kN/m2;βgz为顺风向z高度处的风振系数;μs为风荷载体形系数;μz为风压高度变化系数;w0为基本风压,kN/m2。
对于郑州市辖区范围,按照10年一遇、50年一遇和100年一遇,基本风压一次为0.30kN/m2、0.40kN/m2和0.50kN/m2。
图4.1 风荷载试验的试件尺寸图(单位:mm)
Fig.4.1 Dimension of specimen for wind loading test(Unit:mm)
风振系数可由式(4.2)计算
式中:μf为脉动系数;k为地貌和地面粗糙系数;α地面粗糙指数。
考虑B类地面粗糙度,离地面100m高度,取k=0.89和α=0.16代入式(4.2)和式(4.3),得到βgz=1.506。同时,取μz=2.09。
钢管连接件的最不利承载工况是在混凝土保护层表面的负风压(吸力)的作用下承受轴向拉力。因此,考虑风吸力区的钢管连接件,取μs=-1.2和-2.0。
将上述各值代入式(4.1),得到钢管连接件承受的最大拉力:墙体一般部位为1.506×(-1.2)×2.09×0.50=1.89kN/m2,墙角部位为1.506×(-2.0)×2.09×0.50=3.15kN/m2。(www.xing528.com)
(3)静载试验方案。
综合考虑墙体承受风荷载等效为试验荷载的大小、设备加载能力等影响因素,对墙体试件采用多点加载模式进行静载试验,以模拟均布荷载的作用效果[5]。因此在混凝土保护层厚度范围内预埋2排螺栓[图4.2(a)],与加载钢梁相连接,将等效风荷载施加在混凝土保护层上。试件通过压在承重墙两端的钢梁与试验台座相连。同时,为了防止承重墙出现弯曲受力状况,在承重墙中部预埋2排螺栓,如图4.2(b)所示,与试验台座相连。试验仪器采用电液伺服加载器以及专用台座,应变测量仪,MS-50位移传感器。
图4.2 预埋螺栓尺寸图(单位:mm)
Fig.4.2 Dimension of embedded bolts
墙体静载试验均布荷载由MTS电液伺服加载器提供,加载器一端固定在专用台座上,另一端通过分配梁与试验墙体的混凝土保护层连接。试验装置与加载如图4.3所示。分配梁的作用是将加载提供的集中力分解为作用在试件表面的多个分力,以达到模拟均布荷载的作用效果。
加载时,荷载先按增量1kN,再按增量4 kN,最后按增量2kN加载到破坏。每级荷载至少持荷5min,采集数据后再进行下一级荷载的施加,加载控制装置如图4.4所示。
墙体试件的变形测试采用MS-50位移传感器,分别在试件中部沿宽度方向两侧布置(如图4.5所示)。用于测定混凝土保护层与承重墙之间的相对位移。
本试验主要量测锚固连接装置的应变,在两根方钢管上分别粘贴4片应变片(每两片应变片为一组,两组应变片对称布置)。
(4)动载试验方案。
图4.3 静载加载示意图
Fig.4.3 View of specimen loading
图4.4 加载控制装置
Fig.4.4 View of loading control device
图4.5 静载位移测点布置图
Fig.4.5 View of displacement gauge
动载试验使用仪器设备和测点布置与静载试验相同。在加载过程中,通过控制程序以及电液伺服加载器施加动载:以1.62kN为级差进行加载,每一个级别加载3个循环,持荷200s进行下一级别的加载直到破坏。
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