抗损伤图像与指标对应的钢筋混凝土剪力墙结构安全评估的实验研究

摘要

灾后应急救援与损失评估涉及地震袭击地区建筑结构安全评估的及时性和准确性。目前，中国在中国的地震袭击建筑的损害识别主要是根据专家的经验进行的。这种评估方法将不可避免地导致识别结果的差异，因为每个专家都有他/她对结构损伤程度的主观理解。为了解决这个问题，进行了7个剪力墙标本的低循环加载试验，并绘制了七个剪切壁的滞回曲线。比较了不同设计参数（剪力壁，剪切阵列，边缘构件形式，耦合梁的剪切跨度比，耦合光束的增强比，耦合光束的旋转比率）下的故障模式和地震性能。通过记录在每个负载级别下的受控位移处拍摄的损坏图像，计算相应的损坏索引，并且发现典型分量损坏与损坏索引之间的对应关系。之后，将图像编译成ATLAS。作者基于组件的损伤指数计算整体结构的损伤指数，并通过所述损伤指数进行RC剪力墙结构的损伤识别。

1.介绍

目前，我国震后损伤识别主要是基于学者、专家的专业知识和实践经验进行的。2011年，中国颁布了《建筑安全震后识别国家标准》:震后现场工程-第2部分:建筑物安全评估［1]．该标准规定了强烈地震的受影响地区安全识别的原理和方法。

然而，对其条款和条件的仔细和密切的研究将揭示这样一个事实，即该标准充斥着对各种类型的结构构件不同程度损害的宏观描述。例如，梁组件有时会有小裂纹;混凝土剪力墙开口可能有裂缝(6.2.4 4类安全建筑)。描述语言的理解可能非常不同，它们过于主观，无法产生客观的安全识别结果。根据这些原则和方法，同一建筑物可以得到不同的鉴定结论。

为了解决主观原因造成的识别差异，开发一种安全识别方法，更好地量化损坏情况[2- - - - - -4]，对剪力墙进行低周反复加载试验，记录各级荷载作用下控制位移处的损伤图像，并计算相应的损伤指标。然后，得到宏观损伤与损伤指标之间的对应关系，并将图像汇编成图集。该研究为地震灾区震害识别提供了有价值的参考。

普通RC剪力墙的抗震性能已经过国内外许多专家的测试[5- - - - - -10.]．试验设计了三个不同边约束的剪力墙试件[7]，并进行了低周往复加载试验。分析包括破坏形式、水平承载力、位移延性系数、强度和刚度退化、耗能能力等方方面面。试验设计了9个钢筋混凝土剪力墙试件[8]．通过改变边缘构件的轴压比、箍筋比、混凝土强度和加载方式，进行单调和低周循环加载试验，观察构件损伤状态和力学性能的变化过程。先前的研究[11.，12.[为本文提供参考资料。本文的目的是记录各阶段加载条件下相应的损伤现象，找出损伤指标与损伤现象之间的对应关系。

2.剪力墙试件设计与材料性能

2．1．标本

在该实验中，基于哈尔滨住宅区的18层剪力墙结构，设计了7个剪力墙标本（按1：2.5的等级）。试样考虑到轴向压缩比，剪切阵列比，边缘分量形式的影响构建[13.]，以及纵筋箍筋的配筋率。设计标准试件SW1与其他试件进行对比，如图所示1．桌子1列出了试件的设计参数。

2．2．材料性能

在该试验中使用C30精细石材混凝土立方体（平均抗压强度：46.6MPa和标准抗压强度：39.1MPa）。试样由B12纵杆（屈服强度：509MPa和最终强度：637MPa），B8溶胶（屈服强度：438MPa和最终强度：467MPa）和B6溶浆（屈服强度：511MPa和最终强度）：602 MPa）。材料的性能测试都在东北林业大学进行了测试。

3.装载装置和装载系统

3．1.垂直加载装置

采用300t油压千斤顶对试件顶部施加轴向压力。在加载过程中通过调节泵来保持轴向压力恒定。千斤顶通过水平滚动轴承与顶反架连接，以保证千斤顶在加载过程中与试件一起平稳移动。每个试件的竖向荷载见表2．

3.2。水平装载装置

剪力墙试件试验前，通过Abaqus推过分析确定最大水平推力，选取Shore Western公司100 T电液伺服作动器。此外，由于部分试件高纵横比，在剪力墙构件的楼板处焊接水平支撑钢梁，以限制平面外的变形。加载装置如图所示2，装载装置的材料绘制如图所示3.．

3．3.加载系统

试件加载阶段可分为预加载阶段、开裂位移控制阶段和位移控制阶段三个阶段。预加载阶段:取轴向压力的40% ~ 60%，重复加载2 ~ 3次，消除试样内部的不均匀性。裂纹位移控制阶段:往复加载初始步长选取2mm，每一阶段增加2mm，直至试件出现裂纹。位移控制阶段:从试件开裂开始，以每班3 mm的位移控制荷载，直至承载力降低到85%以下。测点如图所示4．

4.测试结果及分析

4.1。损害现象的记录

剪切壁样本用砂浆在墙壁的一侧涂抹并用乳胶涂料刷涂，以模拟实际结构的装饰表面，而另一侧暴露在透明的水混凝土表面上以观察混凝土表面的故障。双方通过相机拍摄，以在装载特性位移的每个阶段记录损坏现象。相机布局如图所示5．

4．2．测试现象

7个剪力墙的最终破坏现象见表3.．

4．3．剪力墙滞后曲线

数字6图示了测试的7个剪切壁标本的滞后曲线。

从上述滞回曲线可以看出，当位移较小时，每个试件的刚度都较大。在这种情况下，试件卸载后仍具有弹性，残余变形很小，可以恢复原状。随着位移的增大，构件开始屈服，残余变形增大。在这种情况下，试件不能再恢复到原来的形状，同时消耗了更多的滞回能。加载后期，试件刚度和强度急剧下降，滞回曲线呈s形，具有典型的夹点效应[14.，15.]．

比较SW1和SW2样本的滞后曲线，观察到试样的最终承载力随着轴向压缩比的增加而显然增加，但延展性降低，标本的能量耗散能力削弱了。达到最大承载力后，具有较大轴压比的样品更快地衰落，脆性损坏的脆弱性更高。

对比SW1、SW3、SW4试件的滞回曲线可知，剪跨比的增大导致试件承载力明显下降，延性明显提高，耗能能力明显提高。试样较长的屈服平台期和扁平化趋势表明试样的延性增强。

通过对比SW4、SW5、SW6试件的滞回曲线可知，截面设计为t型的试件SW5与截面设计为h型的试件SW6略有差异。分析结果表明，由于SW5试样截面不对称，正向破坏主要为混凝土压碎，钢筋未断裂。但由于混凝土受压区面积较小，在达到最大承载能力后，由于混凝土被压碎，SW5的强度下降速度比SW6快。截面设计为t型的SW5试件的负承载力与截面设计为线性的SW4试件的负承载力基本相同。但前者的负延性比后者强。其关系解释为:SW5的混凝土几乎未被压碎，这是由于混凝土在负压区面积较大，且随着钢筋的连续伸长，其延性增大。同时，采用h型截面设计的SW6在强度和延性上都超过了SW4。

对比SW1和SW7的滞回曲线，随着配筋率的降低，试件的承载力明显下降，但延性和耗能能力大大增强。达到最大承载力后，配筋率越小的试件，其强度衰减越快。

4.4。损害识别

参照[中的混凝土结构震害判断依据]16.]并结合了孙百涛提出的混凝土成员损伤现象的损伤水平的分类，在表中提出了基于骨架曲线的剪力墙构件的损伤水平的分类4．

4．5.损害与指标之间的对应关系

在本文中，改进的公园 - Ang损伤指数作为评估剪力墙损伤程度的参数。在1985年，Y. J. Park和A. H. S. Ang提出。两参数失效标准给出了组分的最大变形和累积滞后能量耗散的线性表达。支持的表达式写成 在哪里δ_米为试件在荷载作用下的最大变形，δ_r为可恢复变形(由初始刚度计算近似)，E_h是累积滞后能量耗散，β是能量耗散因子（通过逆计算测试数据而获得），δ_u当骨架曲线下降到85％时，是位移，δ_u1当骨架曲线下降到最大负载的85％时，是极限位移，问_u为构件的极限载荷[17.]．

根据上述公式，计算出各水平控制位移下构件的损伤指标，并将这些点标记在各试件的骨架曲线上。从而得到损伤与损伤指标之间的对应关系。数字7显示损坏索引如何对应于SW1的骨架曲线。

由于该测试主要观察到钢筋混凝土剪力墙标本（包括混凝土表面和砂浆表面的故障现象）的宏观故障现象，并准备随后计算损伤指数并建立相应的“损伤传奇集”“测试现象的记录尤为重要。

通过记录从A点到L点各级荷载作用下位移引起的地震损伤，梳理出损伤指标与SW1损伤的对应关系[18.]，如表所示5．为了使本文简明扼要，本文未提及损伤指标与其他各试件损伤的对应关系。

结论

本文提出了一种基于Park-Ang损伤指数的钢筋混凝土剪力墙震后安全识别方法。通过对7个剪力墙试件的低周反复加载试验，记录了各水平荷载作用下控制位移处的损伤图像，计算了损伤指标，给出了指标和损伤图谱。对比了不同设计参数(剪力墙轴压比、剪跨比、边构件、连梁配筋比、跨深比)下构件的损伤模式和抗震性能。该研究为地震灾区不同设计参数剪力墙的安全识别提供了依据。研究结论如下:（1)对于剪切壁部件，每个试样的延展性随着轴向压缩比的增加而降低，但承载能力显而易见;如果剪切脉率比增长，每个试样的延展性将显然会增加，但承载能力会暴跌;当加强边缘部件时，标本经历了轴承能力和延展性的巨大改善。对于耦合光束部件，跨度深度比的增加将导致耦合光束的延展性突出增加，并且轴承容量的急剧下降，同时搅拌加强比的降低将导致承载能力下降明显下降组件的延展性。(2）对砂浆表面层的损坏比混凝土表面层的损坏更显着，因此更具代表性。在地震击中地区，研究人员应该首先在去除层之前观察砂浆表面层的损坏，以观察到混凝土表面层的损坏。此外，对剪力墙结构的大部分损坏集中在底部塑料铰链区域中。可以通过比较现场的地震损坏和地图集中的损坏图像来确定特定组分的损伤指数。(3）根据已有的研究成果和剪力墙结构的非线性时程分析，未来将给出构件损伤与结构整体损伤的关系和计算模型。通过特定构件的损伤指标，可以计算出整体结构的损伤指标，从而得到整体结构的损伤水平。本研究将为基于性能指标的剪力墙结构损伤判定提供技术支持。

数据可用性

用于支持本研究结果的实验数据包括在文章中。

的利益冲突

作者声明，对于目前的研究，他们没有利益冲突的报道。

致谢

项目由国家自然科学基金项目(51208083)资助。

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