疊合式混凝土剪力墻板整體性試驗研究

【摘要】疊合板式剪力墻結構體系作為一種新型高層建筑抗震構件，融合預制疊合構件和現澆結構優點于一體，將兩者結合，達到安全可靠，經濟合理的要求。鑒于疊合結構在未來的建筑結構當中所表現出來的優勢，研究此種結構整體性和抗震性能是非常有必要，也是很有實用價值的。

【關鍵詞】疊合板；剪力墻；承載力分析；應變分析

1引言

此次試驗使用的疊合剪力墻板是合肥市改進了德國西偉德公司的混凝土疊合墻板，此種墻板是由兩片通過格構鋼筋連結的5cm厚度以上的鋼筋混凝土板組成，再在兩片預制板的夾層中現場澆注混凝土而成的一種新型剪力墻結構。

試驗采用擬靜態技術，研究疊合式剪力墻板的極限承載力、變形能力、裂縫開展規律、拼縫和節點破壞特征的差異，比較與整體現澆剪力墻板兩者之間的整體性能有何不同，通過對現澆剪力墻板和疊合式剪力墻板在低周期往復荷載作用下的試驗結果分析，研究帶暗柱疊合式剪力墻和帶水平鋼筋疊合式剪力墻與整體現澆剪力墻的破壞特征和裂縫分布走勢的異同，進而分析疊合結構的整體性能。

2試驗準備

2.1試件的設計

此次試件為“一”字型結構，共3件：⑴現澆鋼筋混凝土剪力墻板（SJ-1），試件尺寸為2800mm（高）×2000mm（寬）×200mm（厚），高寬比1.4，配置HRB335級雙層雙向鋼筋網；⑵帶暗柱鋼筋混凝土疊合剪力墻板（SJ-2），試件尺寸2800mm（高）×1000mm（寬）×200mm（厚），由格構鋼筋相連的兩片預制墻板厚度50mm，兩層之間的預留層（即夾芯層疊合層）厚100mm，豎向拼縫處按《高層建筑混凝土結構技術規程》暗柱配置縱筋（HRB335）箍筋（HPB300）；⑶帶水平鋼筋鋼筋混凝土疊合剪力墻板（SJ-3），試驗尺寸2800mm（高）×1000mm（寬）×200mm（厚），豎向拼縫內按照《高層建筑混凝土結構技術規程》有關構造規定配置水平連接筋12@200。為了保證疊合墻板的拼縫處強度和應力傳遞，采取兩種處理方法，一種方法是在拼縫處設置暗柱，暗柱尺寸2800mm（高）×400mm（寬）×100mm（厚），沿豎向設置6@200箍筋；第二種與第一種不同之處在于將箍筋改為水平鋼筋，其它不變。預制試件混凝土強度為C40；現澆試件和夾芯層澆筑混凝土強度為C30。

疊合板式剪力墻試件SJ-2、SJ-3中，預制部分在德國生產，其混凝土強度標號為C35/C45，灌芯部分現澆混凝土強度等級為C30。預制墻板內受力鋼筋采用德國生產BSt500鋼筋，基礎插筋為HRB335級12。

2.2承載力理論計算

1.開裂荷載

為了準確的觀察初始裂縫的發生和開展情況，在加載前，應試算試件的開裂荷載。疊合試件混凝土墻板試件有兩部分組成，預制部分（C40）和現澆部分（C30）；試件由伸入現澆部分長為550mm的錨固筋與基座相連，預制部分與現澆部分由格構鋼筋緊密連接成一個整體。混凝土是一種脆性材料，引起開裂的主要因素還是最大主應力的影響。裂縫首先從現澆部分出現，而后延伸入預制部分，隨著外部荷載的增大，裂縫沿墻板底部向內延伸，此時剪力的影響增大，出現斜裂縫。故此，試件開裂荷載的確定還是認為以受彎為主，剪力影響很小。

試驗中，認為夾心層的混凝土開裂即為構件開裂，則計算得Fcr=160.2kN；若認為預制混凝土開裂，試件即開裂，Fcr=180.1kN；現澆試件開裂荷載，Fcr=167.1kN。

2.極限荷載計算

剪力墻是在彎、拉（壓）、剪共同作用下的復合受力構件，其正截面承載力計算方法與偏心受壓柱或受拉桿相同。但是剪力墻除在墻內配有均勻分布鋼筋外，墻肢的端部集中配置了縱向受力鋼筋，這就使得墻肢的承載力計算與柱有不同之處。考慮到分布鋼筋比較細，因此在計算中只考慮受拉屈服部分作用，而忽略受壓區分布筋和靠近中和軸的部分受拉分布筋的作用。

⑴現澆剪力墻板的極限荷載計算：x=280.15mm，F=438.23kN。

⑵疊合剪力墻板的極限荷載計算：x=335.67mm，F=620.04kN。

2.3應變片的設置方式

混凝土結構考慮到材料不均勻性，選用標距為100mm應變片；鋼筋是均質材料，選用標距為2mm的應變片。

本次試驗的目的是研究“一”字型疊合混凝土墻板的豎向拼縫和疊合面處破壞特征及其整體性與現澆墻板的差異。因此應變片粘貼位置選擇如下：

⑴試件的端部受彎矩影響較大的地方；

⑵了解疊合混凝土墻板預制部分與現澆部分的拼縫兩側變形錯動情況；

⑶距基礎有500mm和1000mm處，裂縫較早出現和鋼筋較早屈服的地方；

⑷了解中間豎向拼縫處兩片墻板上下錯動情況。

3破壞形態分析

1.試件SJ-1破壞形態分析

裂縫首先是從距墻板底部500mm左右的位置處產生，呈水平裂縫，隨后剪切變形加快，裂縫向墻板中和沿板的高度方向延伸，出現斜裂縫。隨著水平反復荷載的加大，墻肢端部混凝土被壓碎，墻板底部的豎向鋼筋達到屈服。隨后加載位移不斷增大，斜裂縫不斷增多，試件加速破壞，墻肢底部受壓區混凝土壓潰、剝落、縱筋屈服鼓出。整個破壞先彎后剪，屬彎剪破壞形態。

2.試件SJ-2破壞形態分析

SJ-2試件裂紋的分布和走勢和SJ-1試件差不多，裂縫發展之初主要是水平裂縫，隨后向板內延伸直至形成斜裂縫，破壞形態也是先彎后剪，最終直到試件破壞。新老混凝土粘接面處在試驗過程沒有出現分離錯動現象，裂紋能通過中間拼縫延伸到另一側，說明疊合式鋼筋混凝土剪力墻板的整體性很好。

3.試件SJ-3破壞形態分析

相比于SJ-1試件和SJ-2試件的水平初始裂縫首先是從反向加載時出現的，開裂荷載值相差不大。在反復荷載作用下，裂縫開展以水平彎曲裂縫為主，裂紋的分布更為飽滿，并有多條裂縫貫穿拼縫。墻肢兩端的裂縫是由現澆部分向預制部分延伸直至貫穿端面，整體性很好。與SJ-2有所不同的是在破壞前，墻肢底部新老混凝土出現了分離錯動，隨后整個試件失去承載力而破壞。從裂紋分布形式、破壞特征來看此試件與前兩個試件的破壞形式基本相同屬于彎剪破壞。

4應變片數據分析

4.1鋼筋應變片對比分析

通過考查三個試件的破壞過程以及最后的破壞形態，可以發現在荷載控制階段現澆板與疊合板拼縫處底部位置鋼筋應變片的微應變變化趨勢。由水平荷載和微應變片的變化關系可看出：

1.正應變占主導，負應變很少，且值很小。由此可見，該部位的應變沒有明顯的拉壓變化，說明構件在軸向荷載作用下進行推拉加載，此部位的應變以壓應變為主；

2.450kN以下，應變增長較小，此部位的鋼筋屬于彈性變形，加載至450kN以上，應變值增長較快，該部位的鋼筋逐漸進入彈塑性變形；

3.水平荷載超過400kN以后，SJ-1板鋼筋應變值普遍比SJ-2、SJ-3板大，說明荷載控制階段，SJ-2、SJ-3板該部位的承載能力比SJ-1板大。

4.2混凝土應變片分析

1.SJ-2墻板端部現澆混凝土部分與預制混凝土部分的應變對比在荷載控制階段，水平荷載為-400kN～600kN時，底部兩種混凝土表面的應變片所測應變值隨荷載變化的趨勢一致；拉力為-400kN～-600kN時，因為混凝土開裂，應變值出現反常。中部兩種混凝土表面的應變接近同步變化。由測試結果可知，帶暗柱疊合板現澆混凝土部分與預制混凝土部分結合良好，在荷載作用下，兩種混凝土協同工作良好。

2.SJ-3墻板端部混凝土現澆部分與預制混凝土部分的應變對比在荷載控制階段，水平荷載為-200kN～350kN時，底部兩種混凝土表面的應變片所測應變值隨荷載變化的趨勢一致；拉力為-200kN～-600kN，推力為350kN～600kN時，兩種混凝土應變值的差別有增大趨勢，說明此部位的兩種混凝土間有開裂跡象。在同等荷載作用下中部新老混凝土表面的應變值相差較小，而且應變隨荷載變化的趨勢比較接近。由測試結果可知，帶水平鋼筋的疊合板現澆混凝土部分與預制混凝土部分應變較小時，協同工作較好。

5小結

試驗分析了疊合板式剪力墻裂縫開展情況與破壞過程，研究了疊合板式剪力墻的破壞成因。通過分析可以得出如下結論：

⑴疊合板式剪力墻內的格構鋼筋對墻板的整體性有很大益處，在試驗過程中沒有出疊合面處出現分離、脫落、相對錯動等現象，破壞形態與整體現澆剪力墻試件相同，均屬彎剪力破壞。

⑵帶暗柱疊合試件SJ-2和帶水平鋼筋疊合試件SJ-3豎向拼縫處，在試驗過程中，沒有出現上下錯動，斜裂縫能穿過中間拼縫，并形成交叉的X型裂縫。暗柱和水平鋼筋對拼縫處的剪力傳遞和墻板整體性形成有一定的益處。

參考文獻：

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