整體鋼筋混凝土剪力墻構件破壞形態判定標準探討

■肖啟艷，李國太，郭陽明，勞曉春

■1.九江職業技術學院，江西 九江 332007;2.佛山市新城開發建設有限公司，廣東 佛山 528000

對給定參數的整體鋼筋混凝土剪力墻構件的破壞形態進行準確判定是進一步研究剪力墻結構在地震作用下的抗震性能及其基于性能的抗震設計的重要基礎。剪力墻構件的破壞形態同時受外力作用和剪力墻構件本身配筋情況的影響，因此僅以剪跨比或彎剪比來判定剪力墻構件的破壞形態都是不符合實際情況的。本文詳細闡述了各因素對剪力墻破壞形態的影響，分析了國內外76 片整體鋼筋混凝土剪力墻的試驗數據，綜合考慮外力作用和剪力墻構件本身實際承載能力的影響，提出了以剪跨比λ、軸壓比μ 和彎剪比m 三個參數判定整體鋼筋混凝土剪力墻破壞形態的標準。

1 剪力墻破壞形態影響因素分析

(1)剪跨比。剪跨比是影響剪力墻構件破壞形態的一個重要因素。剪力墻構件剪跨比較小時以受剪為主，一般發生剪切破壞;剪跨比較大時以受彎為主，一般發生彎曲破壞;剪跨比居中時則以彎剪混合受力為主，易發生彎剪破壞。

(2)軸壓比。軸壓比μ 是剪力墻所受到的軸向力與其實際抗壓能力的比值，軸壓比的大小直接影響剪力墻的相對受壓區高度的大小，其變化會影響剪力墻的破壞形態。試驗表明［1］，軸壓比較小的剪力墻構件在破壞前有足夠的塑性變形，多表現為延性彎曲破壞或彎剪破壞;軸壓比較大時，較大的軸向應力抑制了墻體裂縫的開展，裂縫還未開展墻體就已破壞，這類剪力墻破壞前無明顯預兆，為脆性破壞。

(3)實際配筋的彎剪比。實際配筋的彎剪比是指根據實際配筋計算得到的剪力墻構件的抗彎能力與抗剪能力的比值(以下簡稱彎剪比)，可用以下公式表示:

式中:Mu、Vu—分別表示根據實際配筋計算得到截面抗彎能力和截面抗剪能力;H—剪力墻構件頂端施加水平荷載位置的高度。

彎剪比是影響剪力墻構件破壞形態的另一個重要的因素，實際的剪力墻構件同時承受著壓、彎、剪三種作用，當剪力墻構件截面的實際抗彎能力明顯大于抗剪能力時發生剪切破壞，當實際抗彎能力小于抗彎能力時則發生彎曲破壞，兩者差不多時，可能發生彎剪破壞［2］。

(4)剪力墻構件約束情況及配筋。增強邊緣構件的約束作用和增大邊緣構件的縱向鋼筋配筋率使剪力墻構件的彎剪比增大，易使剪力墻構件產生剪切破壞。增加約束區的配箍量可增強對壓區混凝土的約束，降低受壓區混凝土的破壞程度。配置一定數量的豎向分布筋可提高開裂后剪力墻的抗彎承載力，使裂縫數量增多而細，利于抗震。增加水平分布筋配筋率可減小彎剪比，使剪力墻構件避免發生斜拉破壞和剪壓破壞兩種剪切破壞。

剪力墻構件約束情況及配筋的變化最終都要反映到剪力墻構件彎剪比的變化上來，因此剪力墻構件約束情況及配筋對剪力墻構件破壞形態的影響可通過彎剪比這一參數來反映。

2 剪力墻構件破壞形態分析及現有判定標準

2.1 剪力墻構件破壞形態分析

剪力墻構件的破壞形態可分為剪切破壞、彎剪破壞和彎曲破壞三種類型。

低矮剪力墻構件及抗剪鋼筋配置不足的剪力墻構件容易發生剪切破壞，剪切破壞包括斜拉破壞、剪壓破壞、斜壓破壞和剪切滑移破壞幾種破壞模式。

彎剪型破壞是中高剪力墻構件常見的破壞形式，在彎矩和剪力的共同作用下，先在剪力墻構件底部出現兩側水平裂縫，然后水平裂縫向墻體中部發展成為彎剪斜裂縫，并向墻底延伸，在墻體中部形成明顯的交叉斜裂縫。

彎曲破壞主要是因剪力墻構件底部受拉側鋼筋拉斷或受壓區混凝土壓潰而破壞，可分為延性彎曲破壞和脆性彎曲破壞。軸壓比較小時多為延性彎曲破壞。軸壓比較大時多為脆性彎曲破壞。

2.2 現有的剪力墻構件破壞形態判定標準

(1)以剪跨比大小判定。文獻［4］中認為:剪力墻構件的剪跨比λ＞2 時，發生彎曲破壞;剪跨比λ ＜1 時，發生剪切型破壞;剪跨比λ 介于1 到2 之間時，發生彎剪破壞。中國建筑科學研究院［5］1975 年做的鋼筋混凝土剪力墻剪力墻試驗中的剪跨比為3 的SW -14 試件，其混凝土強度及配筋都滿足要求，但在試驗過程中卻發生了典型的剪壓破壞。其他一些研究機構和學者所做試驗也有類似情況出現，因此，單憑鋼筋混凝土剪力墻剪力墻的剪跨比大小來判定其破壞形態并不可靠。

(2)以彎剪比大小判定。劉伯權等［2］用彎剪比來判定剪力墻的破壞形態，定義m ≤0.9 為彎曲型破壞、0.9 ＜m ≤1.1 為彎剪型破壞、m＞1.1 為剪切型破壞。有研究表明，對于滿足抗剪承載力最小截面尺寸要求而剪跨比很小的頂部受水平集中力的整體鋼筋混凝土剪力墻構件來說，其彎剪比很小的情況下仍有可能發生剪切破壞，因而單以彎剪比為標準來判定鋼筋混凝土剪力墻剪力墻的破壞形態也是不可取的。

3 本文提出的標準

上述分析表明，僅以剪跨比或彎剪比來判定剪力墻構件的破壞形態不符合實際。剪力墻構件的破壞形態同時受外力作用及其本身截面和配筋的影響，剪跨比、軸壓比和實際配筋的彎剪比對鋼筋混凝土剪力墻剪力墻破壞形態影響較大，因此，本文將采用剪跨比λ、軸壓比μ 和彎剪比m 來判定單片懸臂鋼筋混凝土剪力墻剪力墻的破壞形態。

圖1 剪力墻試件破壞形態與λ 和m 的關系

圖2 2.0 ≤λ 時剪力墻試件破壞形態與μ 和m 的關系

圖3 剪力墻試件破壞形態與λ 和μ 的關系

本文確定剪力墻構件的彎剪比m 時，Mu據《高規》［3］第7.2.8 節中對于偏心受壓剪力墻在無地震作用組合時的相關公式進行計算;Vu則據第7.2.11 節中對于偏心受壓剪力墻在無地震作用組合時的受剪承載力計算公式進行計算。本文收集了76 片國內外鋼筋混凝土剪力墻剪力墻試件數據，在分析各因素對剪力墻構件破壞形態影響的基礎上，結合剪力墻試驗數據，進一步分析剪跨比、彎剪比和軸壓比對剪力墻試件破壞形態的影響，如圖1、圖2、圖3。由圖1 可知:大部分剪跨比大于等于2.00 且彎剪比小于1.00 的剪力墻試件以彎曲破壞為主。剪跨比小于1.00 時，即使彎剪比小于1.00，剪力墻試件仍以剪切破壞為主;剪跨比小于2.00 且彎剪比大于1.00 時剪力墻試件以剪切破壞為主。不在上述情況中的剪力墻試件則以彎剪破壞為主。由圖2 可知:2.0 ≤λ 時，彎剪比大于1.00 的剪力墻試件基本上以剪切破壞和彎剪破壞為主;μ ≤0.5 且m ≤0.9 的剪力墻試件基本以彎曲破壞為主;μ ＞0.5 且0.7 ＜m≤0.95 時剪力墻試件基本以彎剪破壞為主。由圖3 可知:2.0 ≤λ 時，軸壓比對剪力墻破壞形態的影響趨于明顯。

表1 剪力墻構件破壞形態的判定標準

通過以上分析，偏于安全地考慮提出如表1 所示剪力墻構件破壞形態的判定標準。采用該判定標準對76 片剪力墻試件進行判定，發現判定結果與試驗結果的吻合程度達80%以上。

4 結論

本文首先分析了各因素對整體剪力墻構件破壞形態的影響，得出剪跨比、軸壓比和彎剪比三個參數對剪力墻構件的影響較大。然后對剪力墻構件的三種破壞類型進行了分析，指出了僅以剪跨比或彎剪比來判定剪力墻構件破壞形態存在的不足。最后通過對76 片整體剪力墻試件的試驗數據進行分析，提出了以剪跨比、軸壓比和彎剪比三個參數判定整體鋼筋混凝土剪力墻破壞形態的標準，為較為準確地判定整體鋼筋混凝土剪力墻構件破壞形態提供了參考。

［1］R.K.L.Su，S.M.Wong.Seismic behaviour of slender reinforced concrete shear walls under high axial load ratio［J］.Engineering Structures，2007，29(8):1957 -1965.

［2］劉伯權，錢國芳，童岳生.高層剪力墻的強度及變形性能的研究［J］.西安冶金建筑學院學報，1989，21(1):10 -18.

［3］JGJ 3 -2010 高層建筑混凝土結構技術規程［S］.北京:中國建筑工業出版社，2010.

［4］張譽.混凝土結構基本原理［M］.北京:中國建筑工業出版社，2000.

［5］中國建筑科學研究院，北京市建筑設計院等.鋼筋混凝土剪力墻試驗研究，1975.