綠色復合剪力墻偏心受壓承載力性能研究

牛少儒 丁銳

摘 要：本文通過對2組4個試驗墻片的試驗，對綠色復合剪力墻的大、小偏心受壓破壞過程、破壞性能、極限荷載等力學性能進行研究，同時與普通剪力墻進行對比，研究結果表明綠色復合剪力墻具有較好的承載能力和整體協調工作能力，能滿足承載力要求。

關鍵詞：綠色復合剪力墻；力學性能；承載力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.105

1 研究背景

我國作為一個建筑大國，建筑耗能居高不下，為改善建筑能耗，建筑行業大力推行綠色節能建筑，建筑節能與綠色建筑發展“十二五”規劃指出：大力開展住宅產業化，積極推廣適合工業化生產的新型建筑體系，加快形成預制裝配式混凝土結構等工業化建筑體系；加快綠色建筑核心技術體系研究，推動規模化技術集成與示范。基于這樣的背景，展開了對綠色復合剪力墻性能的研究。

清華大學土木工程安全與耐久教育部重點實驗室研究了綠色復合剪力墻結構的軸心受壓承載力，全國各地就復合剪力墻的設計、施工等陸續展開研究。大部分研究集中在計算方法、節能設計、施工方法等方面，對其墻體力學性能的研究較少，本文集中研究綠色復合剪力墻的偏心受壓性能。

2 試驗設計

設計2片綠色復合剪力墻和2片對比用的普通剪力墻。試驗墻片設計時根據高度、寬度相同，厚度方向混凝土厚度相同，配筋率相同的原則進行設計。綠色復合剪力墻尺寸選用高度*寬度*高度=1500mm*1000mm*200mm，普通剪力墻尺寸選用高度*寬度*高度=1500mm*1000mm*140mm。根據《復合保溫鋼筋焊接網架混凝土剪力墻技術規程》DBJ03-24-2011規定，綠色復合剪力墻配筋采用ф3@50鋼筋網片；普通剪力墻配筋為ф6@200鋼筋網片；配筋率都為2.02%。混凝土選用C30。

試驗采用5000KN加載系統，通過設置刀口支座控制荷載作用線與試件軸心線之間的距離，實現大偏壓和小偏壓的受壓特點。采用連續單調的加載方案，加載分為預加載和正式加載兩個階段。

3 開裂荷載、極限荷載研究

根據《高層建筑混凝土結構設計規程》（JGJ3-2010），綠色復合剪力墻和普通剪力墻的開裂荷載用公式1計算：

（1）

極限荷載運用大偏心受壓極限荷載用2、3公式計算：

（2）

（3）

開裂荷載及極限荷載的計算結果見表1，用C-1表示綠色復合剪力墻大偏心受壓試件，用S-1表示普通剪力墻大偏心受壓試件，用C-2表示綠色復合剪力墻小偏心受壓試件，用S-2表示普通剪力墻小偏心受壓試件。

由上表分析可知：

第一，大偏心工況下綠色復合墻體的實測開裂荷載與計算開裂荷載基本一致，綠色復合墻體的實測極限荷載與計算極限荷載基本一致。說明復合剪力墻體可以用該方法計算其開裂荷載和極限荷載。

第二，在大、小偏心工況下，綠色復合剪力墻的計算開裂荷載比普通剪力墻2%、4%。實驗測得的開裂比普通剪力墻大5%；綠色復合剪力墻的計算極限荷載較對比普通剪力墻大3%、4%，實驗測得綠色復合剪力墻的極限荷載較普通剪力墻大5%。這是因為新型復合剪力墻中間有一定厚度的保溫層，并有鋼筋和斜插筋將其中間保溫層與兩側墻體相連，形成整體墻片，所以試驗時受力的實際截面面積大于理論計算面積，導致其實測荷載值大于理論計算值。

第三，小偏心工況下綠色復合剪力墻的實測開裂荷載、極限荷載與計算開裂荷載、極限荷載基本一致，說明復合剪力墻體可以用該方法計算其開裂荷載和極限荷載。

4 大偏心受壓過程研究

綠色復合剪力墻在大偏心受壓荷載作用下，實驗破壞過程分為三個階段：

第一階段——彈性階段：綠色復合墻體在豎向荷載達到250KN之前，墻體正面和側面沒有出現裂縫。當豎向荷載達到250KN時，墻面出現第一道裂縫，豎向荷載即將達到560KN之前，墻面又先后出現三條裂縫。根據試驗中綠色復合剪力墻鋼筋網片的荷載-應變曲線圖和混凝土的荷載-應變曲線圖可知，該階段鋼筋和混凝土的應變的增加和荷載的增加基本成正比。

第二階段——彈塑性階段：綠色復合墻體在豎向荷載達到700KN之前，沒有新的裂縫出現，但是已出現的裂縫寬度卻逐漸增加。根據試驗中綠色復合剪力墻鋼筋網片的荷載-應變曲線圖和混凝土的荷載-應變曲線圖可知，可知鋼筋和混凝土的荷載-應變曲線呈曲線狀態；相同荷載下鋼筋的壓應變比混凝土的壓應變增加的快；說明墻體進入彈塑性階段。當加載到1000KN時，墻面又出現了新的裂縫，但裂縫的寬度沒有顯著增大。當加載到1100KN時，墻面裂縫不斷增加，裂縫寬度變大，墻體有明顯裂縫破壞現象。

第三階段——破壞階段：綠色復合墻體在豎向荷載1250KN之前，墻體側面出現較長裂縫。隨著豎向荷載的增加，墻體裂縫逐漸貫通，裂縫寬度明顯變寬，鋼筋和混凝土的壓應變顯著增大。當豎向荷載加載到1400KN時，試驗墻體有輕微破裂聲，裂縫寬度顯著變大，混凝土被壓碎，鋼筋變形，試件破壞。

5 小偏心受壓過程研究

綠色復合剪力墻在小偏心受壓荷載作用下，實驗破壞過程分為三個階段：

第一階段——彈性階段：豎向荷載達到420KN之前，墻體兩面出現少量細微裂縫，隨著豎向荷載增大，豎向裂縫數量逐漸增加。當豎向荷載達到750KN時，細微裂縫逐漸延伸，形成細微貫通裂縫，對墻體的剛度影響極小，根據試驗中綠色復合剪力墻鋼筋網片的荷載-應變曲線圖和混凝土的荷載-應變曲線圖可知，該階段鋼筋和混凝土的應變的增加和荷載的增加基本成正比。

第二階段——彈塑性階段：隨著豎向荷載的增加，豎向裂縫不斷增加，不斷向上向下延伸。根據試驗中綠色復合剪力墻鋼筋網片的荷載-應變曲線圖和混凝土的荷載-應變曲線圖可知鋼筋和混凝土的荷載-應變曲線呈曲線狀態，說明墻體進入彈塑性階段。當豎向荷載達到1550KN時，墻體較薄一側首先出現豎向的貫通裂縫。荷載繼續增加，薄側面的裂縫稍有緩慢加寬，墻體較厚一側的混凝土裂縫也逐漸擴展，向貫通裂縫發展。當豎向荷載超過1600KN時，試驗墻體的承載力上升緩慢。

第三階段——破壞階段：當豎向荷載超過1650KN后，試驗墻體側面出現裂縫，墻體較厚一側也出現了貫通裂縫，并且裂縫寬度逐漸加大。墻體混凝土被壓碎，伴有表面細小混凝土剝落現象。當豎向荷載加載到1900KN時，出現爆裂聲響，混凝土破裂，鋼筋突然急速變形，試件破壞。

6 結論

通過研究得出以下結論：

（1）綠色復合墻體的破壞形態分為三個階段：彈性階段、彈塑性階段和破壞階段。綠色復合墻體能更好的分配荷載，協調變形；隨著偏心距的增加，裂縫也隨著受力向墻體邊緣移動，極限荷載也隨著減小。

（2）綠色復合剪力墻的開裂荷載、極限荷載實測值與計算值相近，說明綠色復合剪力墻的承載力可以用普通剪力墻公式進行計算。

（3）綠色復合剪力墻的開裂荷載比普通剪力墻的大，隨著偏心距的增加，開裂荷載減小；綠色復合剪力墻比普通剪力墻的實測極限荷載大5%。隨著偏心距增大，極限荷載明顯減小。說明綠色復合剪力墻在承載力方面滿足結構要求。

參考文獻：

[1]GB50010—2010 混凝土結構設計規范[S].2010.

[2]JGJ3-2010 高層建筑混凝土結構技術規程[S].2010.

[3]王鳳來，李新.配筋砌塊短肢砌體剪力墻偏壓承載力試驗[J]. 哈爾濱工業大學學報，2008，40（10）：1527-1531.

[4]GB/T 50152—2012 混凝土結構試驗方法標準[S].2012.

內蒙古自治區高等學校科學研究項目，項目編號NJZC14347