陳麗君， 周 安，2， 陳麗華，2， 柳炳康，2， 高斌斌

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 土 木與水利工程學(xué)院，安徽 合 肥 230009；2.安徽土木工程結(jié)構(gòu)與材料省級(jí)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合 肥 230009）

隨著中國(guó)建筑業(yè)的快速發(fā)展，建筑廢物的排放量日益增加，其中廢棄混凝土約占建筑垃圾總量的1／3［1］，對(duì)大量混凝土進(jìn)行循環(huán)再生利用即再生混凝土技術(shù)通常被認(rèn)為是解決廢混凝土問(wèn)題的最有效措施［2］。我國(guó)關(guān)于廢棄混凝土再生利用的研究起步比較晚，目前，已經(jīng)有一些學(xué)者和科研人員做了一些相關(guān)的研究和探索，主要集中在對(duì)再生骨料基本性能的研究［3－9］。而對(duì)再生混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的研究相對(duì)較少［10－13］。

鋼筋混凝土剪力墻由于具有較好的水平和豎向承載能力而在我國(guó)的高層建筑中廣泛應(yīng)用，成為最有效的抗側(cè)力構(gòu)件。本文通過(guò)對(duì)再生混凝土矮剪力墻的抗震性能試驗(yàn)，參考相關(guān)理論和規(guī)范［14－17］，分析了在不同軸壓比的作用下，矮剪力墻的破壞形態(tài)、承載能力、延性、剛度和耗能性能情況。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

試件的詳細(xì)尺寸和配筋如圖1所示。

圖1 試件尺寸及配筋

試驗(yàn)設(shè)計(jì)了3個(gè)再生混凝土矮剪力墻試件，試件編號(hào)分別為SW1－1、SW1－2、SW1－3，所有試件的尺寸型號(hào)和配筋情況均相同，取代率均為100%，高寬比為1.0，墻厚130mm，墻寬1 050mm，墻高1 050mm，墻體水平分布筋和豎向縱筋均為A6＠160，配筋率為0.26%，且3個(gè)試件邊緣均設(shè)暗柱，其截面為120mm×160mm，主筋為B10，箍筋為A6＠150。

試件均采用C30的混凝土同期澆注，墻體混凝土力學(xué)性能如下：彈性模量Ec＝3.04×105MPa，立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)c＝35MPa。鋼筋力學(xué)性能見表1所列。

表1 鋼筋力學(xué)性能 MPa

1.2 加載方案

對(duì)各剪力墻均采用低周反復(fù)加載進(jìn)行抗震性能試驗(yàn)研究，在施加水平荷載前首先施加穩(wěn)定的豎向荷載，使剪力墻SW1－1、SW1－2、SW1－3的軸壓比分別為0.1、0.2、0.3，然后擬采用荷載－位移混合控制加載方式施加往復(fù)水平荷載。試件屈服前采用荷載控制，荷載較小時(shí)，每級(jí)荷載循環(huán)1次，試件接近屈服時(shí)，每級(jí)荷載循環(huán)2次；試件屈服后改用位移控制，控制位移取試件屈服時(shí)位移的整數(shù)倍逐級(jí)循環(huán)，每級(jí)循環(huán)3次，直至試件承載力下降到峰值的85%時(shí)停止加載。

試驗(yàn)加載裝置如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)裝置

2 試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)破壞過(guò)程

3個(gè)試件的破壞形態(tài)如圖3所示。

（1）SW1－1。第 1 級(jí) 水 平 荷 載 從 峰 值±40kN開始反復(fù)加載，第2級(jí)峰值為±60kN，第3級(jí)峰值為±80kN，依此類推逐級(jí)加載。當(dāng)水平推力為120kN時(shí)，墻體一側(cè)暗柱底部出現(xiàn)第1道水平裂縫，當(dāng)水平推力為160kN時(shí)，墻體水平裂縫增多，并不斷發(fā)展。到200kN時(shí)，墻體出現(xiàn)斜裂縫，且試件進(jìn)入屈服階段，此時(shí)的位移為5mm，此后改用位移控制。取控制位移基數(shù)為δ＝4mm，當(dāng)4δ＝16mm時(shí)，墻身1／2高度出現(xiàn)更多的交叉斜裂縫，并不斷向墻體底部延伸，主裂縫基本形成。當(dāng)8δ＝32mm時(shí)，第1個(gè)循環(huán)加至30mm時(shí)，主裂縫開展迅速，墻角酥化，混凝土剝落嚴(yán)重，承載力急劇下降，停止加載。試件最終破壞形態(tài)如圖3a所示。

（2）SW1－2。第 1 級(jí) 水 平 荷 載 從 峰 值±60kN開始反復(fù)加載，其后取峰值為±80kN、±100kN，依此類推逐級(jí)反復(fù)加載。當(dāng)水平推力為160kN時(shí)，墻體一側(cè)暗柱底部出現(xiàn)第1道裂縫，隨著峰值荷載的不斷增加，墻體端部沿高度逐漸出現(xiàn)新的裂縫，并不斷向斜下方發(fā)展。水平荷載加至260kN時(shí)，試件出現(xiàn)屈服征兆，此時(shí)的位移為5.97mm，此后改用位移控制。取控制位移基數(shù)為δ＝5mm，當(dāng)2δ＝10mm，墻體出現(xiàn)2道明顯的對(duì)角斜裂縫，且原有裂縫迅速開展。當(dāng)3δ＝15mm時(shí)，主裂縫開展至墻體底部。當(dāng)4δ＝20mm時(shí)，墻角開始酥化。當(dāng)5δ＝25mm時(shí)，墻角酥化嚴(yán)重，墻體的承載能力迅速下降，試驗(yàn)停止。

試件最終破壞形態(tài)如圖3b所示。

（3）SW1－3。初始加載方案同SW1－2，當(dāng)水平推力為250kN時(shí)，墻體一側(cè)暗柱底部出現(xiàn)第1道水平裂縫，當(dāng)荷載加至300kN時(shí)，墻體已出現(xiàn)多道水平裂縫并不斷開展。當(dāng)水平荷載為340kN時(shí)，原有裂縫開展迅速，試件進(jìn)入屈服階段，此時(shí)的位移為6.13mm，此后轉(zhuǎn)為位移控制。取控制位移基數(shù)為δ＝6mm，當(dāng)位移為2δ＝12mm時(shí)，墻體出現(xiàn)2道由暗柱頂部向下開展的對(duì)角斜裂縫，且開展較快，形成主裂縫。當(dāng)3δ＝18mm時(shí)，主裂縫開展迅速，第2個(gè)循環(huán)時(shí)，墻角混凝土出現(xiàn)剝落。當(dāng)4δ＝24mm時(shí)，在第1個(gè)循環(huán)加至23mm時(shí)，墻角酥化，混凝土嚴(yán)重剝落，墻體承載能力急劇下降，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。試件最終破壞形態(tài)如圖3c所示。

圖3 試件破壞形態(tài)

從3個(gè)試件的破壞形態(tài)可以看出，軸壓比越大，剪力墻的承載能力越大，但在達(dá)到極限承載能力之后荷載－位移曲線下降得越快，說(shuō)明試件的延性越差。

2.2 延性分析

各剪力墻實(shí)測(cè)控制點(diǎn)的荷載、位移及位移延性值見表2所列。其中Fc、Fy、Fd分別為試件開裂荷載、屈服荷載、極限荷載，uc、uy、ud分別為試件的開裂位移、屈服位移、極限位移，所有的位移值均取與荷載作用點(diǎn)同一高度處的位移；μ＝ud／uy為墻體的位移延性系數(shù)。由表2可以看出：隨著墻體軸壓比的增大，墻體的開裂荷載、屈服荷載、極限荷載均不斷提高，但是延性系數(shù)降低，延性變差。

表2 試件荷載－位移控制點(diǎn)實(shí)測(cè)值及位移延性

2.3 剛度分析

各剪力墻剛度實(shí)測(cè)值及剛度衰減系數(shù)見表3所列。其中Ko、Kc、Ky分別為試件的初始剛度、開裂剛度與屈服剛度；βco＝Kc／Ko，表示試件從初始彈性到開裂的剛度衰減系數(shù)；βyo＝Ky／Ko，表示試件從初始彈性到屈服的剛度衰減系數(shù)；βyc＝Ky／Kc，表示試件從開裂到屈服的剛度衰減系數(shù)。從表3的數(shù)據(jù)可以看出：

（1）各試件的初始彈性剛度隨著軸壓比的增大而增大。

（2）各試件在開裂時(shí)剛度退化不明顯，且SW1－2與SW1－3從開裂到屈服階段剛度衰減均比較小，說(shuō)明軸壓比較大時(shí)，試件在屈服之前剛度穩(wěn)定性較好，有利于抗震。

表3 試件剛度實(shí)測(cè)值及衰減系數(shù)

2.4 滯回曲線

3個(gè)試件實(shí)測(cè)的“F－u”滯回曲線如圖4所示。對(duì)比3個(gè)試件滯回曲線可知：SW1－1滯回曲線最飽滿，延性與耗能性比較好，而SW1－3滯回曲線最捏攏，承載能力最高，但是延性與耗能性比較差；隨著軸壓比的增大，3個(gè)試件脆性破壞的特征值逐漸明顯。

圖4 試件的滯回曲線

2.5 骨架曲線

3個(gè)試件實(shí)測(cè)的“F－u”骨架曲線如圖5所示，從圖5中可以看出，隨著軸壓比的增大，試件的承載能力不斷增大，但在達(dá)到峰值之后承載力下降加快。3個(gè)試件在屈服至位移角為1／100前，延性均比較好，SW1－2與SW1－3屈服至位移角為1／50時(shí)，水平荷載比較接近，且3個(gè)試件承載力均迅速下降，此為規(guī)范對(duì)彈塑性位移角的最大限值。

圖5 F－u骨架曲線

2.6 耗能能力

3個(gè)試件在低周反復(fù)加載過(guò)程中的耗能值見表4所列。

表4 3個(gè)試件的耗能能力 J

由表4對(duì)比可知，在同等位移循壞的過(guò)程中，隨著軸壓比的增大，試件的耗能能力略有提高，但是總耗能能力卻明顯下降。

3 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)3個(gè)再生混凝土矮剪力墻在低周反復(fù)加載作用下的試驗(yàn)現(xiàn)象及試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出結(jié)論：隨著軸壓比的增大，剪力墻的承載力增大，但延性和耗能能力降低；初始剛度不斷增大，且屈服剛度退化不大；剪力墻呈更加明顯的剪切破壞形態(tài)，在屈服之后，脆性特征明顯，不利于抗震。故再生混凝土矮剪力墻在軸壓比較小的情況下抗震性能較好。

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