研究協議對木剪力墻抗側性能的影響

研究協議對木剪力墻抗側性能的影響

摘要：試驗協議對確定木框架剪力墻的抗震性能至關重要。本文主要介紹了國外有關木剪力墻試驗的ASTM E72、ASTM E564靜力加載協議以及CUREE、SPD和ISO循環反復加載協議對木剪力墻抗側性能的影響，將這些協議進行比較，并推薦將ISO試驗協議作為剪力墻試驗的標準加載協議。這將為我國木結構的理論和試驗研究提供借鑒?

關鍵詞：木框架剪力墻；試驗協議；抗震性能??

1. 引言?
輕型木結構中，房屋主要通過木框架剪力墻來承受風和地震作用引起的側向荷載。木剪力墻試驗在研究木框架抗震性能、分析足尺結構性能等方面發揮著巨大作用，研究人員主要通過木剪力墻試驗的結果來判斷目前設計程序和設計值的可靠性，研究墻體、基礎錨栓等構造措施。試驗協議對木剪力墻試驗來講，又是至關重要的。結構的試驗協議有三部分內容：首先是確定試件模型包括材料、構造和邊界條件，其次是要確定試件的位移或力的歷程；第三是要對試驗結果進行分析，并利用試驗結果對結構設計進行評價，研究延性和其薄弱連接件的性能。這三部分內容都是同等重要的，目前木剪力墻試驗也主要是根據這三部分內容展開研究。
研究者在試驗過程中所采用的加載協議各不相同，主要包括靜力加載、低周循環往復加載、偽動力加載與振動臺試驗等。本文主要介紹目前國際上常用的木剪力墻靜力加載協議和循環加載協議。?
2. 靜力加載協議?
木剪力墻的側向力主要由面板承受，然后通過釘子傳遞給木框架。根據覆面板和釘子的類型以及釘子的數量，國際結構規范(ICC 2000)規定了木結構剪力墻容許的單位承載力。設計人員主要是通過表格查詢得到具體木剪力墻的抗側承載力作為設計值，它們主要是由APA(美國工程木協會)利用ASTM E-72和ASTM E-564試驗協議進行單向加載試驗推導得出的??〔1〕?。我國《木結構設計規范》GB50005-2003??〔2〕?中附錄Q也給出了相應木結構剪力墻抗側力設計查詢表，這些值是參考加拿大與美國的相關木結構標準得來的。?
2.1 ASTM E72標準。
ASTM E72(1995)標準是美國材料與試驗協會制定的建筑用面板傳導強度的試驗方法??〔3〕?。該方法規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荷載點，當荷載達到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、屋面結構性能的一些步驟。它主要是量測出地震荷載作用下，普通面板如膠合板、定向結構刨花板、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(美國工程木協會)根據ASTM E72(1995)標準，進行了覆面板-釘子連接件的試驗研究。其試驗裝置假定：墻體試驗主要用來確定覆面板-釘子連接件的剪切能力。但實際試驗時需要考慮試件的形式以及邊界條件的影響,并且試驗協議發展的趨勢是對足尺構件進行試驗而不單是對覆面板進行試驗。?
2.2 ASTM E564標準。ASTM E564(1995)標準是美國材料與試驗協會制定的剪力墻抗剪性能靜力加載試驗方法??〔4〕?。該試驗方法提供兩種加載順序：靜力加載和可選擇的循環加載。靜力加載規定先對試件以一定速度加載至10%期望極限荷載持續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后完全卸載再重新加載至下一個荷載點;可選擇地循環往復加載方法規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，如此形成循環往復加載方案，最后經過5輪循環加載直至試件破壞。?
ASTM E564(1995)標準要求墻體尺寸為2.4m×2.4m(8f?t×8f?t)，若對不同尺寸和布置情況的墻體進行加載時，加載程序需進行修改，同時它要求試驗施加約束要反映墻體與基礎間的實際連接情況；ASTM E72(1995)標準要求試驗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，試驗中采用ASTM E72(1995)標準所獲得的墻體極限抗側承載力和剛度比ASTM E564(1995)標準要高。?
3. 循環往復加載協議?
木剪力墻試驗以及試驗協議的重點仍然停留在木結構覆面板剪力墻上，近年來才對膠合板剪力墻進行了試驗研究。?
試驗在選擇使用的力-位移歷程時，需要確定控制的類型（力或位移）、加載類型（單調或循環）、要求類型（近斷層，非近斷層）、加載速率（擬靜力，動力）等。大多數剪力墻、連接件及其他構件的試驗都采用靜力加載模式，根據試件結構來調整加載速率，得到持時5~10分鐘的破壞荷載。研究表明，由靜力加載試驗得出的結構強度和剛度能滿足抗風設計的要求，但并不適用于抗震設計。此外，靜力加載試驗不能很好地描述地震反應，如加載歷程以及結構耗能（結構阻尼）等因素對木剪力墻的影響。普遍認為循環往復加載協議更能很好的反映木框架剪力墻的抗震性能。?
目前，有3個主要的木剪力墻試驗協議來驗證木結構的抗震性能。它們是CUREE試驗協議、SPD 試驗協議和ISO試驗協議，但是目前尚缺乏統一標準的加載協議。?
3.1 CUREE試驗協議。研究者們認為試件協議應符合現場條件，準確模擬材料性能、施工技術和邊界條件。由此提出了兩個變形控制的擬靜力循環試驗協議:CUREE-Caltech協議(CUREE)、CUREE

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