預制裝配式混凝土剪力墻水平接縫抗震性能研究

李 賀 秦皇島金洋建設集團有限公司

1 剪力墻水平接縫抗震性能試驗設計

1.1 試件設計

在實驗中設計了編號分別為XH-1，XH-2和XH-3共3個試件，其組成包括預制墻板、后澆帶以及底部的預制基礎梁。其中，基礎梁截面高和寬分別為：500mm，900mm；預制墻的高、寬和厚度分別為：3500mm，1500mm，250mm。

墻體配筋：規格為L100×8、L100×14的通高角鋼分別分配于上墻板和下墻板兩側，用端板（規格為210mm×140ms×14mm）在后澆帶處對上角鋼和下角鋼進行焊接，并加強角鋼的抗彎剛度。使用H型鋼在上下墻板中部通過焊接進行連接。配置雙層鋼筋網，對于上墻板：豎向分布鋼筋為8Φ10，水平分布筋兩端100ms，中間部分為10@200。對于下墻板：豎向、水平分布筋同為12@100。需要說明的是，在預制構件生產時就對基礎梁和下墻板整澆在一起。

1.2 加載方案和測試內容

（1）加載裝置。整體加載裝置包括：由反力架、抱梁、豎向和水平千斤項等設施，為保證豎向力與地面保持垂直作用，豎向千斤頂需隨墻體頂部的水平位移而水平移動。

（2）加載制度。在試驗中，加載方式采取低周往復式，即以穩定的力度施加豎向力直到預定值，在保持不變的前提下施加水平往復力。對三個試件施加的豎向軸力分別為：0kN、1500kN和3000kN。在進行水平作用力加載時：試件采用荷載來進行控制，各級荷載循環往復一次，直到名義屈服，然后則進行位移控制，循環往復三次，先后施加正反方向的推力。

（3）測試內容并設置測點。為獲取水平位移值、基礎梁水平位移值和水平荷載值，分別將位移計放在距離墻頂300mm處、基礎梁處設置位移計和荷載傳感器，通過數據采集系統獲得獲取位移值和荷載數據；針對應變測點進行型鋼抗剪鍵和角鋼處的布置；在實驗過程中，需要隨時觀察并記錄發生的裂縫和其發展狀態，并在裂縫的附近描繪出裂縫的形狀及相應的荷載值和循環圈數。

2 試驗結果及分析

2.1 破壞過程及破壞形態

在零軸力下對試件XH-1進行水平力加載：開始時，用荷載控制方式施加水平作用力，當推力達到100kN時后澆帶出現了水平裂縫；達到240kN時，下墻板預埋抗剪鍵的部位出現斜裂縫。當鋼材屈服時，墻體頂點的水平位移為8mm左右。然后以位移控制的方式施加水平作用力，當水平位移達到60mm時水平力值為215kN，上墻板兩端混凝土出現壓潰并脫落現象，并壓彎了一側的角鋼。XH-2在軸力1500kN的情況下施加300kN的水平力時，下墻板開始出現裂縫，逐漸將水平力加大到450kN時，鋼材屈服，將加載制度改為位移控制；當水平位移值達到60mm時，上墻板抗剪鍵部位的混凝土出現鼓包起皮、墻體兩端混凝土掉渣現象，下墻板兩端小三棱柱體受壓被破壞，受拉側角鋼斷開，承載力急劇下降；XH-3在軸向力3000kN的時施加水平力并達到700kN，此時下墻板根部裂開，上墻板出現水平裂縫，后澆帶處的裂縫擴展，鋼材達到屈服狀態，位移為8mm；隨后采用位移控制的方式施加水平力，位移達到40mm時，受壓側下墻板混凝土壓酥后出現部分脫落，端部垂直裂縫寬度加大現象，承載力開始下降，當水平位移值達到60mm時，拉斷了受拉側的下墻板角鋼與端板之間的焊縫，且混凝土大塊掉落。

2.2 滯回曲線及骨架曲線分析

通過實驗得到三個試件的荷載-位移滯回曲線，及其在正向水平力作用下的荷載-位移骨架曲線，并進行分析。結果可證，在豎向軸力的作用下，水平推力相應的得到增大，在反復加載過程中斜裂縫的反復張開、閉合，嚴重降低了試件的受剪能力和剛度。這說明用型鋼來連接墻體的水平縫的連接方式在抗震耗能方面比較有效。

2.3 承載力及耗能

抗剪承載力是衡量一個抗側力構件強度的重要參考指標，能直接體現構件的實際承載能力。而構件的承載力在該實驗中會因循環加載形成的疲勞破壞和累積損傷而受到影響。因此，同一批構件的加載制度需要保持一致，有利于對比試驗結果。

用F代表各試件的極限承載力，EP代表其總耗能，并按照“荷載F-位移U”滯回曲線的外包絡線所圍成的面積對其進行計算，如表1所示。

表1 試件的極限承載力和耗能實測值

試件的荷載-位移骨架曲線和滯回曲線合稱為試件的恢復力特征曲線，其可以有效地反映出構件的剛度、強度、延性和耗能能力等性能，對于分析構件抗震性具有重要的參考作用。三個試件的承載力曲線的比較。

XH-1的承載力曲線比較平緩，說明其可塑性變形能力很強，而極限承載力是最小的，豎向力對試件的極限承載力有明顯的影響，且其在豎向軸力為0的情況下得出的極限承載力明顯低于XH-3在豎向軸力為3000kN的情況下的得出的數值，原因是豎向力可以有效減弱試件在水平力下引起的彎矩，并增大了混凝土相互之間、與鋼材之間的摩擦力，說明豎向軸力有利于試件的水平抗側作用。

2.4 位移廷性系數

構件變形能力更能體現抗震構件抗震能力的好壞，而構件延性其變形能力的一個指標。分析3個試件的抗震試驗結果，得出評價構件的抗震性能的主要參數指標，如表1所示。延性系數可通過位移延性系數來衡量，其計算公式如下：

其中，

Δμ——構件的極限位移數；

Δy——構件在屈服時的屈服位移值。

本文在定義配置型鋼抗剪鍵的剪力墻的屈服值時，以構件達到75%的峰值強度時的割線剛度表示。

開裂荷載、屈服荷載和峰值荷載會隨著軸壓比的增大改善明顯，證明軸向壓力有利于構件的承載能力。GB 50011—2001《建筑抗震設計規范》規定剪力墻結構在罕遇地震作用下的彈塑性變形驗算，層間位移角限值分別為1/120，框架剪力墻層間位移角限值為1/100，層間位移角，即頂點位移與構件的高度的比值。

2.5 等效粘滯阻尼系數和剛度

等效粘滯阻尼系數：結構耗能能力可采用等效粘滯阻尼系數he的大小來體現，等效粘滯阻尼系數的計算方式如下式。

通過計算結果表明，構件的等效粘滯阻尼系數隨著位移的增加而增長，也就是說，構件在反復的水平力下，構件向屈服以及損傷狀態發展，構件的耗能能力表現顯著。

剛度：剛度是指水平力與對應位移的比值。對實驗得出各試件的剛度—頂點位移角關系曲線進行分析可得：3個試件的初始剛度相差的比較大，其剛度退化速度在名義屈服前較快，后期隨著位移角的增大而降低衰減程度。

3 結語

本文針對預制裝配式混凝土剪力墻水平接縫的抗震性進行研究，在實驗中配置了型鋼的預制裝配式剪力墻的模型，通過分析試驗結果得到了試件的荷載-位移滯回曲線及骨架曲線、位移延性系數和粘滯阻尼系數等參數，然后綜合分析構件強度、變形能力和耗能鑒定構件的抗震性能，在不同軸壓比下分析三個構件的破壞形態、變形能力和耗能能力的優劣，從預制墻板上下的斜裂縫數量、寬度總結破壞狀態證明了型鋼的預制裝配式剪力墻試件具有良好的抗震能力，具有實用性

意義。