裝配整體式剪力墻受剪性能研究

張中勇，趙欽艷，劉繼良，王 剛，劉木禾，初明進

(煙臺大學土木工程學院，山東煙臺264005)

裝配整體式剪力墻受剪性能研究

張中勇，趙欽艷，劉繼良，王 剛，劉木禾，初明進

(煙臺大學土木工程學院，山東煙臺264005)

介紹了一種適用于住宅產(chǎn)業(yè)化的新型裝配整體式剪力墻結構體系——預制混凝土空心模板剪力墻.完成了1個現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻試件和2個預制混凝土空心模板剪力墻試件在恒定軸力下的擬靜力試驗，研究了新型墻體的破壞過程和破壞模式，分析了內部結合面、豎向接縫對墻體受剪性能的影響.研究結果表明:預制混凝土空心模板剪力墻出現(xiàn)宏觀豎向裂縫，可避免發(fā)生脆性剪切破壞;豎向接縫是影響預制混凝土空心模板剪力墻性能的重要因素;預制混凝土空心模板剪力墻構造合理，可應用于實際工程.

住宅產(chǎn)業(yè)化;剪力墻;預制空心模;受剪性能

目前，我國住宅生產(chǎn)仍處于粗放發(fā)展階段，存在資源消耗高、產(chǎn)品質量差、環(huán)境污染嚴重等諸多問題.住宅產(chǎn)業(yè)化是以工業(yè)化的生產(chǎn)方式生產(chǎn)住宅，可有效提高產(chǎn)品質量、降低成本、縮短工期、保護環(huán)境［1-5］.預制混凝土結構體系作為住宅產(chǎn)業(yè)化的關鍵結構體系之一，是我國住宅建造業(yè)發(fā)展的重要方向，對其進行研究具有重要意義［6-9］.

預制混凝土空心模板剪力墻是一種新型裝配整體式剪力墻結構體系，該結構以工廠生產(chǎn)的預制雙向孔空心模板(以下簡稱“空心模”)為基本裝配單元，空心模內設有水平方孔和豎向圓孔雙向交叉孔道(圖1)，施工時，在空心?？锥磧炔迦脘摻睿瑵仓炷?，形成整體結構.預制混凝土空心模板剪力墻結構具有整體性好、連接方便、標準化程度高、施工速度快、節(jié)約模板、節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)點［10-11］.

本文按照強彎弱剪的原則設計了1個現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻試件和2個預制混凝土空心模板剪力墻試件，通過恒定軸力下的擬靜力試驗，研究預制混凝土空心模板剪力墻的破壞過程和破壞特征以及豎向接縫對墻體受剪性能的影響，為預制混凝土空心模板剪力墻的工程應用提供理論依據(jù).

圖1 預制空心模板Fig.1 Precast hollow slabs

1 試驗概況

1.1 試件設計與制作

進行了3個矩形截面剪力墻試件試驗，即現(xiàn)澆鋼筋混凝土對比試件2-SW01和預制混凝土空心模板剪力墻試件2-SW1和2-DW1，其中試件2-DW1為帶豎向接縫試件.試件包括上部加載梁、中部墻體和下部基礎梁三部分;中部墻體截面尺寸為1 600 mm×200 mm，墻體高度(即從墻底至加載點中心垂直距離)為2 400 mm，剪跨比為1.5.預制混凝土空心模板剪力墻試件的中部墻體由邊緣構件、空心模和空心模內后澆混凝土組成，試件2-SW1包含1塊空心模，邊緣構件的截面尺寸為210 mm× 200 mm;試件2-DW1包含2塊空心模，空心模間留有寬度為20 mm的豎向接縫，邊緣構件截面尺寸為200 mm×200 mm.試件具體參數(shù)見表1.

各試件截面配筋如圖2所示，其中陰影部分為空心模.為達到強彎弱剪的設計目的，邊緣構件縱向鋼筋采用625;箍筋為8@100，體積配箍率為1.12%.預制混凝土空心模板剪力墻的豎向分布鋼筋布置于空心模內，為雙層8@200;水平分布鋼筋布置于空心模水平孔洞內，為雙層10@200，端部深入邊緣構件內，以加強空心模與邊緣構件的有效連接.為保證預制混凝土空心模板剪力墻與基礎梁的整體性，在空心模內每一豎向孔洞內布置28的豎向插筋，豎向插筋高出基礎梁上表面410 mm.

表1 試件參數(shù)Tab.1 Parameters of specimens

圖2 試件截面配筋Fig.2 Profile of reinforcement details of specimens

1.2 材料特性

試件制作時預留混凝土立方體試塊，與試件同條件養(yǎng)護，試驗當天測得混凝土立方體抗壓強度平均值見表1［12］.鋼筋的實測平均強度見表2［13］.

1.3 加載方案

加載裝置如圖3.試驗采用3 000 kN液壓千斤頂施加軸向荷載，采用1 500 kN液壓千斤頂施加水平往復荷載，通過荷載傳感器監(jiān)測荷載.試驗時施加軸向荷載至預定值，在試驗過程中保持恒定;水平荷載采用荷載-位移混合控制，加載制度見圖4.加載初期水平荷載采用荷載控制，每級加載級差為250 kN;當墻體出現(xiàn)斜裂縫后，改為位移控制，以該級荷載對應位移的倍數(shù)為級差反復加載2次［14］，直至試件破壞或者極限位移角達到1/50左右，結束試驗.

試驗數(shù)據(jù)通過DH3816N靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時采集.

表2 鋼筋實測強度Tab.2 Measured strength of reinforcement

2 試驗現(xiàn)象

預制混凝土空心模板剪力墻的破壞模式與現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻明顯不同，預制混凝土空心模板剪力墻經(jīng)歷了由整截面墻到墻柱組合體的破壞過程，避免了剪切破壞，變形能力明顯增強.

圖3 加載裝置Fig.3 Test set-up

圖4 加載制度Fig.4 Test loading system

2.1 現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻體試件2－SW01

試件2-SW01為現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻試件.當水平荷載達到-435 kN和+449 kN時(負向為推，正向為拉)，墻體東西兩側根部出現(xiàn)細微水平裂縫1、2.加載至-623 kN和+685 kN時，東西兩側墻體開始出現(xiàn)斜裂縫1、2，隨著水平荷載的增加，墻體邊緣構件處出現(xiàn)多條水平裂縫和斜裂縫，斜裂縫呈扇形向對角墻根部發(fā)展.當水平荷載達到峰值荷載-1 279 kN和1 509 kN時，墻體對角主斜裂縫寬度急劇增大，承載力急劇下降，墻體發(fā)生脆性剪切破壞.墻體破壞過程和破壞模式如圖5(a)和6(a)所示，θ為加載點位移角.

2.2 預制混凝土空心模板剪力墻試件2－SW1和2－DW1

試件2-SW1和試件2-DW1的破壞過程基本相似:先出現(xiàn)根部水平裂縫，接著出現(xiàn)斜裂縫;隨后沿空心模內的縱向鋼筋出現(xiàn)短細斜裂縫，兩方向斜裂縫交叉形成宏觀豎向裂縫，如圖5(b)，(c)所示;峰值荷載后，宏觀豎向裂縫發(fā)生破壞，兩側的預制混凝土出現(xiàn)相對變形，形成豎向裂縫，墻體進入墻柱組合體受力階段;隨著控制位移的增加，墻體豎向裂縫處出現(xiàn)起皮、掉渣現(xiàn)象，水平承載力明顯減低，墻體破壞嚴重，試驗結束.墻體的破壞區(qū)域主要集中于空心模表面豎向裂縫區(qū)域，如圖6(b)，(c)所示.

與試件2-SW1相比，試件2-DW1含豎向接縫，在峰值荷載前沿豎向接縫出現(xiàn)豎向裂縫，其兩側的空心模發(fā)生相對變形，墻體變形能力增強.

各試件的主要特征點荷載和位移如表3所示.

3 試驗結果分析

3.1 滯回曲線與骨架曲線

圖7、圖8分別為各試件的頂點水平荷載-位移滯回曲線和骨架曲線，其中縱軸為剪壓比P/ fcbh0，橫軸為頂點位移角Δ/H，P為試件頂點水平荷載，h0為試件截面有效高度，Δ為試件頂點水平位移，H為墻體高度.

(1)加載初期，預制混凝土空心模板剪力墻處于彈性階段，卸載段基本為直線，滯回曲線較為飽滿，試件殘余變形較小;峰值荷載后，墻體裂縫寬度急劇增加，宏觀豎向裂縫兩側預制混凝土相對變形突然增大，試件殘余變形較大，滯回曲線捏攏現(xiàn)象明顯增加.

圖5 峰值荷載試件的裂縫形態(tài)Fig.5 Crack pattern of specimens at the peak load

圖6 試件破壞形態(tài)Fig.6 Failure pattern of specimens

表3 主要特征點荷載和位移Tab.3 Characteristic points of specimens

圖7 試件頂點水平荷載-位移滯回曲線Fig.7 Top lateral load-displacement hysteretic loops of specimens

(2)現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻試件2-SW01在峰值荷載時，豎向承載力急劇下降，墻體發(fā)生剪切破壞;預制混凝土空心模板剪力墻試件峰值荷載后，依然保持良好的豎向承載力，水平承載力減低緩慢，表現(xiàn)出良好的變形能力，有效避免了脆性剪切破壞，耗能能力明顯增強.

3.2 受剪承載力和延性

表4為各試件試驗時主要特征點，其中屈服點采用幾何作圖法確定，破壞點定義為骨架曲線上水平荷載下降到峰值荷載的85%所對應點或試驗結束時所對應點.見表4和圖7、圖8.

(1)現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻2-SW01發(fā)生脆性剪切破壞，沒有延性.

(2)與試件2-SW01相比，預制混凝土空心模板剪力墻受剪承載力有所降低，說明預制混凝土空心模板剪力墻內存在的新舊混凝土結合面降低了墻體的水平承載力.

(3)試件2-DW1的受剪承載力與試件2-SW1基本相同，表明豎向接縫對墻體受剪承載力影響不大.

(4)預制混凝土空心模板剪力墻的位移延性系數(shù)ˉΔu/ˉΔy均大于4，具有良好的延性.

表4 各試件主要特征點Tab.4 Characteristic points of specimens

4 結論

通過對1個現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻和2個預制混凝土空心模板剪力墻的擬靜力試驗，得出以下結論.

(1)預制混凝土空心模板剪力墻在水平荷載作用下避免發(fā)生脆性剪切破壞，破壞過程和破壞模式與現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻明顯不同.

(2)預制混凝土空心模板剪力墻試件位移延性系數(shù)均大于4，具有良好的延性，但受剪承載力有所降低.

(3)豎向接縫是影響預制混凝土空心模板剪力墻受力性能的重要因素，顯著提高了墻體的變形能力.

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Shear Performance of Assembled Monolithic Concrete Shear Walls

ZHANG Zhong-yong，ZHAO Qin-yan，LIU Ji-liang，WANG Gang，LIU Mu-he，CHU Ming-jin
(School of Civil Engineering，Yantai University，Yantai 264005，China)

Shear wall built with precast two-way hollow slabs applied in housing industrialization is an innovative shear wall.To study the failure process and the failure mode of the new typed walls，and to analyze the effect of inner joints and vertical joints on shear performance of the walls，one cast-in-place reinforced concrete shear wall and two shear walls built with precasted hollow slab are quasi-statically tested.The results indicate that the deformability of the new typed walls is good and brittle shear failure is avoided by vertical initiated cracks.Vertical joint is the key factor that affects the behavior of the walls.The construction of the new typed walls is reasonable.Therefore，it can be applied in practical engineering.

housing industrialization;shear wall;precast two-way hollow slab;shear performance

TU391;TU392.5

A

(責任編輯 蘇曉東)

1004-8820(2015)02-0135-06

10.13951/j.cnki.37-1213/n.2015.02.011

2014-07-29

國家自然科學基金資助項目(51378450);山東省高等學?？萍加媱濏椖?J13LG09).

張中勇(1989-)，男，山東濰坊人，碩士研究生.

初明進(housind@126.com)，教授，博士，研究方向:新型結構和新材料結構.