【摘要】疊合板式剪力墻結(jié)構(gòu)體系作為一種新型高層建筑抗震構(gòu)件，融合預(yù)制疊合構(gòu)件和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)于一體，將兩者結(jié)合，達(dá)到安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理的要求。鑒于疊合結(jié)構(gòu)在未來的建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中所表現(xiàn)出來的優(yōu)勢，研究此種結(jié)構(gòu)整體性和抗震性能是非常有必要，也是很有實(shí)用價(jià)值的。

【關(guān)鍵詞】疊合板；剪力墻；承載力分析；應(yīng)變分析

1引言

此次試驗(yàn)使用的疊合剪力墻板是合肥市改進(jìn)了德國西偉德公司的混凝土疊合墻板，此種墻板是由兩片通過格構(gòu)鋼筋連結(jié)的5cm厚度以上的鋼筋混凝土板組成，再在兩片預(yù)制板的夾層中現(xiàn)場澆注混凝土而成的一種新型剪力墻結(jié)構(gòu)。

試驗(yàn)采用擬靜態(tài)技術(shù)，研究疊合式剪力墻板的極限承載力、變形能力、裂縫開展規(guī)律、拼縫和節(jié)點(diǎn)破壞特征的差異，比較與整體現(xiàn)澆剪力墻板兩者之間的整體性能有何不同，通過對現(xiàn)澆剪力墻板和疊合式剪力墻板在低周期往復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)結(jié)果分析，研究帶暗柱疊合式剪力墻和帶水平鋼筋疊合式剪力墻與整體現(xiàn)澆剪力墻的破壞特征和裂縫分布走勢的異同，進(jìn)而分析疊合結(jié)構(gòu)的整體性能。

2試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1試件的設(shè)計(jì)

此次試件為“一”字型結(jié)構(gòu)，共3件：⑴現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻板（SJ-1），試件尺寸為2800mm（高）×2000mm（寬）×200mm（厚），高寬比1.4，配置HRB335級雙層雙向鋼筋網(wǎng)；⑵帶暗柱鋼筋混凝土疊合剪力墻板（SJ-2），試件尺寸2800mm（高）×1000mm（寬）×200mm（厚），由格構(gòu)鋼筋相連的兩片預(yù)制墻板厚度50mm，兩層之間的預(yù)留層（即夾芯層疊合層）厚100mm，豎向拼縫處按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》暗柱配置縱筋（HRB335）箍筋（HPB300）；⑶帶水平鋼筋鋼筋混凝土疊合剪力墻板（SJ-3），試驗(yàn)尺寸2800mm（高）×1000mm（寬）×200mm（厚），豎向拼縫內(nèi)按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》有關(guān)構(gòu)造規(guī)定配置水平連接筋12@200。為了保證疊合墻板的拼縫處強(qiáng)度和應(yīng)力傳遞，采取兩種處理方法，一種方法是在拼縫處設(shè)置暗柱，暗柱尺寸2800mm（高）×400mm（寬）×100mm（厚），沿豎向設(shè)置6@200箍筋；第二種與第一種不同之處在于將箍筋改為水平鋼筋，其它不變。預(yù)制試件混凝土強(qiáng)度為C40；現(xiàn)澆試件和夾芯層澆筑混凝土強(qiáng)度為C30。

疊合板式剪力墻試件SJ-2、SJ-3中，預(yù)制部分在德國生產(chǎn)，其混凝土強(qiáng)度標(biāo)號為C35/C45，灌芯部分現(xiàn)澆混凝土強(qiáng)度等級為C30。預(yù)制墻板內(nèi)受力鋼筋采用德國生產(chǎn)BSt500鋼筋，基礎(chǔ)插筋為HRB335級12。

2.2承載力理論計(jì)算

1.開裂荷載

為了準(zhǔn)確的觀察初始裂縫的發(fā)生和開展情況，在加載前，應(yīng)試算試件的開裂荷載。疊合試件混凝土墻板試件有兩部分組成，預(yù)制部分（C40）和現(xiàn)澆部分（C30）；試件由伸入現(xiàn)澆部分長為550mm的錨固筋與基座相連，預(yù)制部分與現(xiàn)澆部分由格構(gòu)鋼筋緊密連接成一個(gè)整體?；炷潦且环N脆性材料，引起開裂的主要因素還是最大主應(yīng)力的影響。裂縫首先從現(xiàn)澆部分出現(xiàn)，而后延伸入預(yù)制部分，隨著外部荷載的增大，裂縫沿墻板底部向內(nèi)延伸，此時(shí)剪力的影響增大，出現(xiàn)斜裂縫。故此，試件開裂荷載的確定還是認(rèn)為以受彎為主，剪力影響很小。

試驗(yàn)中，認(rèn)為夾心層的混凝土開裂即為構(gòu)件開裂，則計(jì)算得Fcr=160.2kN；若認(rèn)為預(yù)制混凝土開裂，試件即開裂，F(xiàn)cr=180.1kN；現(xiàn)澆試件開裂荷載，F(xiàn)cr=167.1kN。

2.極限荷載計(jì)算

剪力墻是在彎、拉（壓）、剪共同作用下的復(fù)合受力構(gòu)件，其正截面承載力計(jì)算方法與偏心受壓柱或受拉桿相同。但是剪力墻除在墻內(nèi)配有均勻分布鋼筋外，墻肢的端部集中配置了縱向受力鋼筋，這就使得墻肢的承載力計(jì)算與柱有不同之處?？紤]到分布鋼筋比較細(xì)，因此在計(jì)算中只考慮受拉屈服部分作用，而忽略受壓區(qū)分布筋和靠近中和軸的部分受拉分布筋的作用。

⑴現(xiàn)澆剪力墻板的極限荷載計(jì)算：x=280.15mm，F(xiàn)=438.23kN。

⑵疊合剪力墻板的極限荷載計(jì)算：x=335.67mm，F(xiàn)=620.04kN。

2.3應(yīng)變片的設(shè)置方式

混凝土結(jié)構(gòu)考慮到材料不均勻性，選用標(biāo)距為100mm應(yīng)變片；鋼筋是均質(zhì)材料，選用標(biāo)距為2mm的應(yīng)變片。

本次試驗(yàn)的目的是研究“一”字型疊合混凝土墻板的豎向拼縫和疊合面處破壞特征及其整體性與現(xiàn)澆墻板的差異。因此應(yīng)變片粘貼位置選擇如下：

⑴試件的端部受彎矩影響較大的地方；

⑵了解疊合混凝土墻板預(yù)制部分與現(xiàn)澆部分的拼縫兩側(cè)變形錯(cuò)動情況；

⑶距基礎(chǔ)有500mm和1000mm處，裂縫較早出現(xiàn)和鋼筋較早屈服的地方；

⑷了解中間豎向拼縫處兩片墻板上下錯(cuò)動情況。

3破壞形態(tài)分析

1.試件SJ-1破壞形態(tài)分析

裂縫首先是從距墻板底部500mm左右的位置處產(chǎn)生，呈水平裂縫，隨后剪切變形加快，裂縫向墻板中和沿板的高度方向延伸，出現(xiàn)斜裂縫。隨著水平反復(fù)荷載的加大，墻肢端部混凝土被壓碎，墻板底部的豎向鋼筋達(dá)到屈服。隨后加載位移不斷增大，斜裂縫不斷增多，試件加速破壞，墻肢底部受壓區(qū)混凝土壓潰、剝落、縱筋屈服鼓出。整個(gè)破壞先彎后剪，屬彎剪破壞形態(tài)。

2.試件SJ-2破壞形態(tài)分析

SJ-2試件裂紋的分布和走勢和SJ-1試件差不多，裂縫發(fā)展之初主要是水平裂縫，隨后向板內(nèi)延伸直至形成斜裂縫，破壞形態(tài)也是先彎后剪，最終直到試件破壞。新老混凝土粘接面處在試驗(yàn)過程沒有出現(xiàn)分離錯(cuò)動現(xiàn)象，裂紋能通過中間拼縫延伸到另一側(cè)，說明疊合式鋼筋混凝土剪力墻板的整體性很好。

3.試件SJ-3破壞形態(tài)分析

相比于SJ-1試件和SJ-2試件的水平初始裂縫首先是從反向加載時(shí)出現(xiàn)的，開裂荷載值相差不大。在反復(fù)荷載作用下，裂縫開展以水平彎曲裂縫為主，裂紋的分布更為飽滿，并有多條裂縫貫穿拼縫。墻肢兩端的裂縫是由現(xiàn)澆部分向預(yù)制部分延伸直至貫穿端面，整體性很好。與SJ-2有所不同的是在破壞前，墻肢底部新老混凝土出現(xiàn)了分離錯(cuò)動，隨后整個(gè)試件失去承載力而破壞。從裂紋分布形式、破壞特征來看此試件與前兩個(gè)試件的破壞形式基本相同屬于彎剪破壞。

4應(yīng)變片數(shù)據(jù)分析

4.1鋼筋應(yīng)變片對比分析

通過考查三個(gè)試件的破壞過程以及最后的破壞形態(tài)，可以發(fā)現(xiàn)在荷載控制階段現(xiàn)澆板與疊合板拼縫處底部位置鋼筋應(yīng)變片的微應(yīng)變變化趨勢。由水平荷載和微應(yīng)變片的變化關(guān)系可看出：

1.正應(yīng)變占主導(dǎo)，負(fù)應(yīng)變很少，且值很小。由此可見，該部位的應(yīng)變沒有明顯的拉壓變化，說明構(gòu)件在軸向荷載作用下進(jìn)行推拉加載，此部位的應(yīng)變以壓應(yīng)變?yōu)橹鳎?/p>

2.450kN以下，應(yīng)變增長較小，此部位的鋼筋屬于彈性變形，加載至450kN以上，應(yīng)變值增長較快，該部位的鋼筋逐漸進(jìn)入彈塑性變形；

3.水平荷載超過400kN以后，SJ-1板鋼筋應(yīng)變值普遍比SJ-2、SJ-3板大，說明荷載控制階段，SJ-2、SJ-3板該部位的承載能力比SJ-1板大。

4.2混凝土應(yīng)變片分析

1.SJ-2墻板端部現(xiàn)澆混凝土部分與預(yù)制混凝土部分的應(yīng)變對比在荷載控制階段，水平荷載為-400kN～600kN時(shí)，底部兩種混凝土表面的應(yīng)變片所測應(yīng)變值隨荷載變化的趨勢一致；拉力為-400kN～-600kN時(shí)，因?yàn)榛炷灵_裂，應(yīng)變值出現(xiàn)反常。中部兩種混凝土表面的應(yīng)變接近同步變化。由測試結(jié)果可知，帶暗柱疊合板現(xiàn)澆混凝土部分與預(yù)制混凝土部分結(jié)合良好，在荷載作用下，兩種混凝土協(xié)同工作良好。

2.SJ-3墻板端部混凝土現(xiàn)澆部分與預(yù)制混凝土部分的應(yīng)變對比在荷載控制階段，水平荷載為-200kN～350kN時(shí)，底部兩種混凝土表面的應(yīng)變片所測應(yīng)變值隨荷載變化的趨勢一致；拉力為-200kN～-600kN，推力為350kN～600kN時(shí)，兩種混凝土應(yīng)變值的差別有增大趨勢，說明此部位的兩種混凝土間有開裂跡象。在同等荷載作用下中部新老混凝土表面的應(yīng)變值相差較小，而且應(yīng)變隨荷載變化的趨勢比較接近。由測試結(jié)果可知，帶水平鋼筋的疊合板現(xiàn)澆混凝土部分與預(yù)制混凝土部分應(yīng)變較小時(shí)，協(xié)同工作較好。

5小結(jié)

試驗(yàn)分析了疊合板式剪力墻裂縫開展情況與破壞過程，研究了疊合板式剪力墻的破壞成因。通過分析可以得出如下結(jié)論：

⑴疊合板式剪力墻內(nèi)的格構(gòu)鋼筋對墻板的整體性有很大益處，在試驗(yàn)過程中沒有出疊合面處出現(xiàn)分離、脫落、相對錯(cuò)動等現(xiàn)象，破壞形態(tài)與整體現(xiàn)澆剪力墻試件相同，均屬彎剪力破壞。

⑵帶暗柱疊合試件SJ-2和帶水平鋼筋疊合試件SJ-3豎向拼縫處，在試驗(yàn)過程中，沒有出現(xiàn)上下錯(cuò)動，斜裂縫能穿過中間拼縫，并形成交叉的X型裂縫。暗柱和水平鋼筋對拼縫處的剪力傳遞和墻板整體性形成有一定的益處。

參考文獻(xiàn)：

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