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研究協(xié)議對木剪力墻抗側(cè)性能的影響
摘要：試驗(yàn)協(xié)議對確定木框架剪力墻的抗震性能至關(guān)重要。本文主要介紹了國外有關(guān)木剪力墻試驗(yàn)的ASTM E72、ASTM E564靜力加載協(xié)議以及CUREE、SPD和ISO循環(huán)反復(fù)加載協(xié)議對木剪力墻抗側(cè)性能的影響，將這些協(xié)議進(jìn)行比較，并推薦將ISO試驗(yàn)協(xié)議作為剪力墻試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)加載協(xié)議。這將為我國木結(jié)構(gòu)的理論和試驗(yàn)研究提供借鑒?關(guān)鍵詞：木框架剪力墻；試驗(yàn)協(xié)議；抗震性能??
1. 引言?
輕型木結(jié)構(gòu)中，房屋主要通過木框架剪力墻來承受風(fēng)和地震作用引起的側(cè)向荷載。木剪力墻試驗(yàn)在研究木框架抗震性能、分析足尺結(jié)構(gòu)性能等方面發(fā)揮著巨大作用，研究人員主要通過木剪力墻試驗(yàn)的結(jié)果來判斷目前設(shè)計(jì)程序和設(shè)計(jì)值的可靠性，研究墻體、基礎(chǔ)錨栓等構(gòu)造措施。試驗(yàn)協(xié)議對木剪力墻試驗(yàn)來講，又是至關(guān)重要的。結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)協(xié)議有三部分內(nèi)容：首先是確定試件模型包括材料、構(gòu)造和邊界條件，其次是要確定試件的位移或力的歷程；第三是要對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，并利用試驗(yàn)結(jié)果對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行評價(jià)，研究延性和其薄弱連接件的性能。這三部分內(nèi)容都是同等重要的，目前木剪力墻試驗(yàn)也主要是根據(jù)這三部分內(nèi)容展開研究。
研究者在試驗(yàn)過程中所采用的加載協(xié)議各不相同，主要包括靜力加載、低周循環(huán)往復(fù)加載、偽動(dòng)力加載與振動(dòng)臺試驗(yàn)等。本文主要介紹目前國際上常用的木剪力墻靜力加載協(xié)議和循環(huán)加載協(xié)議。?
2. 靜力加載協(xié)議?
木剪力墻的側(cè)向力主要由面板承受，然后通過釘子傳遞給木框架。根據(jù)覆面板和釘子的類型以及釘子的數(shù)量，國際結(jié)構(gòu)規(guī)范(ICC 2000)規(guī)定了木結(jié)構(gòu)剪力墻容許的單位承載力。設(shè)計(jì)人員主要是通過表格查詢得到具體木剪力墻的抗側(cè)承載力作為設(shè)計(jì)值，它們主要是由APA(美國工程木協(xié)會)利用ASTM E-72和ASTM E-564試驗(yàn)協(xié)議進(jìn)行單向加載試驗(yàn)推導(dǎo)得出的??〔1〕?。我國《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50005-2003??〔2〕?中附錄Q也給出了相應(yīng)木結(jié)構(gòu)剪力墻抗側(cè)力設(shè)計(jì)查詢表，這些值是參考加拿大與美國的相關(guān)木結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)得來的。?
2.1 ASTM E72標(biāo)準(zhǔn)。
ASTM E72(1995)標(biāo)準(zhǔn)是美國材料與試驗(yàn)協(xié)會制定的建筑用面板傳導(dǎo)強(qiáng)度的試驗(yàn)方法??〔3〕?。該方法規(guī)定對試件以一定速度分別加載至3.0KN，7.0KN，10.5KN后完全卸載再重新加載至下一個(gè)荷載點(diǎn)，當(dāng)荷載達(dá)到10.5KN后完全卸載，重新加載直到試件破壞。?
ASTM E72 (1995)包括了確定部分墻體、地面、屋面結(jié)構(gòu)性能的一些步驟。它主要是量測出地震荷載作用下，普通面板如膠合板、定向結(jié)構(gòu)刨花板、石膏板等材料作為覆面板的木框架的承載力，即確定覆面板材料的相對性能。APA(美國工程木協(xié)會)根據(jù)ASTM E72(1995)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了覆面板-釘子連接件的試驗(yàn)研究。其試驗(yàn)裝置假定：墻體試驗(yàn)主要用來確定覆面板-釘子連接件的剪切能力。但實(shí)際試驗(yàn)時(shí)需要考慮試件的形式以及邊界條件的影響,并且試驗(yàn)協(xié)議發(fā)展的趨勢是對足尺構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)而不單是對覆面板進(jìn)行試驗(yàn)。?
2.2 ASTM E564標(biāo)準(zhǔn)。ASTM E564(1995)標(biāo)準(zhǔn)是美國材料與試驗(yàn)協(xié)會制定的剪力墻抗剪性能靜力加載試驗(yàn)方法??〔4〕?。該試驗(yàn)方法提供兩種加載順序：靜力加載和可選擇的循環(huán)加載。靜力加載規(guī)定先對試件以一定速度加載至10%期望極限荷載持續(xù)5分鐘后完全卸載，再分別以1/3期望極限荷載為一級重新加載至荷載點(diǎn)后完全卸載再重新加載至下一個(gè)荷載點(diǎn);可選擇地循環(huán)往復(fù)加載方法規(guī)定先對試件以一定速度加載至10%期望極限荷載后完全卸載，再分別以1/3期望極限荷載為一級重新加載至荷載點(diǎn)后完全卸載，然后以相同的加載方式反方向加載，如此形成循環(huán)往復(fù)加載方案，最后經(jīng)過5輪循環(huán)加載直至試件破壞。?
ASTM E564(1995)標(biāo)準(zhǔn)要求墻體尺寸為2.4m×2.4m(8f?t×8f?t)，若對不同尺寸和布置情況的墻體進(jìn)行加載時(shí)，加載程序需進(jìn)行修改，同時(shí)它要求試驗(yàn)施加約束要反映墻體與基礎(chǔ)間的實(shí)際連接情況；ASTM E72(1995)標(biāo)準(zhǔn)要求試驗(yàn)墻體由于水平荷載的作用，在底梁板與墻骨柱分離處施加抗傾覆錨固件。因此，試驗(yàn)中采用ASTM E72(1995)標(biāo)準(zhǔn)所獲得的墻體極限抗側(cè)承載力和剛度比ASTM E564(1995)標(biāo)準(zhǔn)要高。?
3. 循環(huán)往復(fù)加載協(xié)議?
木剪力墻試驗(yàn)以及試驗(yàn)協(xié)議的重點(diǎn)仍然停留在木結(jié)構(gòu)覆面板剪力墻上，近年來才對膠合板剪力墻進(jìn)行了試驗(yàn)研究。?
試驗(yàn)在選擇使用的力-位移歷程時(shí)，需要確定控制的類型（力或位移）、加載類型（單調(diào)或循環(huán)）、要求類型（近斷層，非近斷層）、加載速率（擬靜力，動(dòng)力）等。大多數(shù)剪力墻、連接件及其他構(gòu)件的試驗(yàn)都采用靜力加載模式，根據(jù)試件結(jié)構(gòu)來調(diào)整加載速率，得到持時(shí)5~10分鐘的破壞荷載。研究表明，由靜力加載試驗(yàn)得出的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度能滿足抗風(fēng)設(shè)計(jì)的要求，但并不適用于抗震設(shè)計(jì)。此外，靜力加載試驗(yàn)不能很好地描述地震反應(yīng)，如加載歷程以及結(jié)構(gòu)耗能（結(jié)構(gòu)阻尼）等因素對木剪力墻的影響。普遍認(rèn)為循環(huán)往復(fù)加載協(xié)議更能很好的反映木框架剪力墻的抗震性能。?
目前，有3個(gè)主要的木剪力墻試驗(yàn)協(xié)議來驗(yàn)證木結(jié)構(gòu)的抗震性能。它們是CUREE試驗(yàn)協(xié)議、SPD 試驗(yàn)協(xié)議和ISO試驗(yàn)協(xié)議，但是目前尚缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的加載協(xié)議。?
3.1 CUREE試驗(yàn)協(xié)議。研究者們認(rèn)為試件協(xié)議應(yīng)符合現(xiàn)場條件，準(zhǔn)確模擬材料性能、施工技術(shù)和邊界條件。由此提出了兩個(gè)變形控制的擬靜力循環(huán)試驗(yàn)協(xié)議:CUREE-Caltech協(xié)議(CUREE)、CUREE
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