混凝土剪力墻抗震性能試驗研究

曾 倬 　 葛 華

(1.同濟大學土木工程學院,上海　200092；　2.四川電力設計咨詢有限公司，四川 成都　610041)

1　概述

為了研究比較現有建筑和老舊建筑鋼筋混凝土剪力墻的抗震性能，基于“89”規范標準以及現行規范標準的構造，設計了不同構造措施的6片剪力墻構件進行荷載試驗。本文實驗中控制了不同的抗震構造、軸壓比、高寬比等參數，得到構件的破壞形態、承載力、延性性能等各方面抗震性能，用來分析構造邊緣構件和約束邊緣構件剪力墻的抗震性能差異。

2　試驗設計

本次試驗共設計6片剪力墻，考慮兩種不同的邊緣構件配筋情況，再根據不同的軸壓比及高寬比，每種邊緣構件配筋情況設計3片剪力墻。約束邊緣構件墻片，暗柱縱筋取4φ10，暗柱箍筋取φ6@100；構造邊緣構件墻片，暗柱縱筋取4φ14，暗柱箍筋取φ6@150。墻片厚度統一取150 mm。混凝土強度等級為C30，鋼筋強度等級均為HPB300，具體設計參數見表1。

表1　試件設計參數表

3　試驗結果及分析

通過對6片一字型鋼筋混凝土剪力墻試件的試驗數據進行處理，得到試件墻頂水平力—水平位移滯回曲線、骨架曲線、墻端水平力及水平位移特征值、位移延性系數等，并對6片剪力墻試件墻頂水平力—位移滯回曲線及骨架曲線等作了簡要的分析總結。

3.1　滯回曲線

試件W1～W6的滯回曲線如圖1所示。可以看出，各個試件的滯回曲線表現出下列共同特點：

1)一開始試件的滯回曲線呈直線發展，包圍面積較小，荷載和相應位移基本呈線性關系。

2)隨著荷載的逐漸增大，滯回曲線出現明顯非線性發展，大致呈“弓”形，且單位荷載下的位移增加愈發明顯，導致滯回環內部面積增大，出現“捏攏效應”。即便撤除水平荷載，由于殘余變形的存在，位移坐標依舊無法回歸零值。

3)試件進入屈服階段后，試件的承載力在到達極限強度之前依然能略微增加，而后承載力隨位移的增加而逐漸降低，但大多數試件的承載力下降并不非常明顯。各試件均出現明顯的“捏攏效應”，鋼筋和混凝土之間出現了一定的粘結滑移。

3.2　骨架曲線

試件W1～W6的滯回曲線得到的骨架曲線如圖2所示。可以看出：加載位移較小時，荷載和相應位移基本呈線性關系，此時試件基本處于彈性狀態；隨著位移的增大，構件分別進入塑性、極限破壞的階段；由于核心混凝土的開裂、壓碎，鋼筋的屈服、屈曲為從局部向整體逐漸擴展的漸進過程，因此圖中并沒有發現明顯的拐點與屈服點。

3.3　強度和變形特征值

試件W1～W6峰值荷載與屈服荷載的比值如表2所示，說明試件偏于安全。而由于不同試件的設計依據、高寬比以及軸壓比的不同，其對應的安全儲備也有較大差距。

表2　試件W1～W6墻頂水平力及水平位移特征值

試件編號加載方向屈服峰值破壞Vy/kNΔy/mmVu/kNΔu/mmVd/kNΔd/mmVu/VyVu/Vy均值W1+191.839.02243.3727.50206.8646.591.27-176.177.87231.3831.82196.6848.371.311.29W2+226.0315.36301.5238.48256.3052.961.33-228.8814.90308.5640.58262.2754.261.351.34W3+295.1811.44363.3424.48308.8436.731.23-288.499.8353.3227.92300.3239.121.221.23W4+337.2211.65423.2623.12359.7733.711.26-369.7015.34434.6126.00369.4233.871.181.22W5+384.4511.28472.2521.58401.4127.571.23-353.3110.36427.5122363.3828.181.211.22W6+501.2813.66577.2625.25490.6728.571.15-454.8312.16524.8121.64446.0927.381.151.15注:Δy為屈服位移;Vy為屈服荷載;Δu為峰值位移;Vu為峰值荷載;Δd為破壞位移;Vd為破壞荷載

表3　墻頂位移延性及變形性能

3.4　延性和變形性能

試件W1～W6的延性系數介于2.17～5.66，位移延性系數均大于2，表明6片剪力墻延性均較好，其屈服后具有較好的變形能力。由于試件的設計依據、高寬比以及軸壓比的不同，各個試件的變形能力有較大差距，見表3。

4　結語

通過對依據現行規范和“89”規范設計的試件實驗結果進行對比，得出以下結論：

1)依據“89”系列規范設計的墻體(設置構造邊緣構件)和依據現行規范設計的墻體(設置約束邊緣構件)都具有較好的抗震性能。

2)設置約束邊緣構件相比于設置構造邊緣構件可以更有效的加強對剪力墻的角部易損部位的約束，增大邊緣混凝土的抗壓強度，從而提高剪力墻的極限水平承載力。

3)邊緣構件內縱筋配筋量的增加能夠非常顯著的提高單次循環滯回耗能能力，邊緣構件內縱筋配筋率較大而箍筋較稀(配箍率小)的試件單次循環滯回耗能能力高于邊緣構件內縱筋配筋率較小而箍筋較密的試件，因此可以通過提高剪力墻抗震承載能力來彌補構造不足帶來的延性不利影響，達到以承載力換延性的目的。

4)隨加載軸壓比的增大，剪力墻的水平極限承載力增大，延性性能降低，剛度退化程度加劇，耗能效率提高，單次循環滯回耗能能力變化不明顯。因此現行規范對剪力墻的軸壓比作出要求，避免軸壓比過大帶來的承載力不利影響。

5)隨剪跨比的增大，剪力墻的水平極限承載力減小，延性性能提高，剛度退化程度放緩，耗能效率降低，單次循環滯回耗能能力降低。因此現行規范建議，剪力墻宜設計成高寬比大于2的細高墻，以滿足延性破壞的要求。

總的來說：對于現有建筑，剪力墻的構造不滿足現行規范的要求，但只要抗震承載力有足夠富余，就可以以剪力墻抗震承載能力來彌補構造不足帶來的不利影響，達到以承載力換延性的目的。