鄧旭華，倪家貴，張淼，陳超，陳俊

(1.湘潭大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖南 湘潭,411105；2.筑友智造建設(shè)科技集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙,410153)

建筑工業(yè)化將是未來(lái)建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為重要的議題，而預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)住宅工業(yè)化的結(jié)構(gòu)形式之一，其預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆部分的連接主要分為豎向連接和水平連接[1]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)已形成了多種裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)，按照其構(gòu)造形式，可將剪力墻豎向鋼筋連接方法分為套筒灌漿連接[2]、漿錨搭接[3]、現(xiàn)澆段連接[4]、混合連接[5]、螺栓連接[6-7]等5類(lèi)。

針對(duì)套筒灌漿連接性能的研究表明，預(yù)制和試件現(xiàn)澆在破壞形態(tài)上一致，均為壓彎破壞，套筒漿錨連接能有效傳遞豎向鋼筋的應(yīng)力[4-6]。套筒灌漿連接技術(shù)是目前最成熟和應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，但存在施工復(fù)雜、精度要求高、造價(jià)昂貴等缺點(diǎn)。而對(duì)于漿錨搭接，具有可靠的力學(xué)性能，應(yīng)用較為廣泛。焦安亮等[7]對(duì)裝配式剪力墻漿錨連接的鋼筋錨固性能及結(jié)合面受剪性能進(jìn)行了研究；姜洪斌等[3,8-10]設(shè)計(jì)完成了錨固、搭接、足尺擬靜力和擬動(dòng)力試驗(yàn)，均取得較多的研究成果。

目前已有預(yù)制剪力墻與梁豎向連接的可靠性的研究，而對(duì)預(yù)制剪力墻之間水平連接的可靠性及多片預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)的整體抗震性能研究較少。本文擬開(kāi)展預(yù)制剪力墻的不同邊緣構(gòu)造及不同漿錨連接構(gòu)造對(duì)裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)整體抗震性能影響的研究，設(shè)計(jì)并制作了5個(gè)采用波紋管漿錨連接縱向受力鋼筋的裝配式剪力墻試件，并將其與現(xiàn)澆試件進(jìn)行對(duì)比，探討了不同構(gòu)造形式對(duì)此類(lèi)裝配式剪力墻構(gòu)件抗震性能的影響。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)及制作

設(shè)計(jì)并制作了6個(gè)剪跨比為1.85的剪力墻試件，依次編號(hào)為SW5～SW10，見(jiàn)表1。其中，SW5～SW9為預(yù)制裝配式剪力墻試件、SW10為現(xiàn)澆剪力墻試件，試件由地梁、墻體及頂部加載暗梁組成。

表1 試件主要參數(shù)

圖1 試件制作照片

注：SW7波紋管外無(wú)螺旋箍筋(圖b)；無(wú)黏結(jié)套筒為SW8獨(dú)有、機(jī)械套筒為SW9獨(dú)有(圖g)；圖中黑點(diǎn)表示應(yīng)變片位置，全部應(yīng)變片均采用BX系列箔式電阻應(yīng)變計(jì)，具體規(guī)格為BX120-5AA

1.2 材料性能

試件的鋼筋均采用HRB400級(jí)鋼筋。表2列出了鋼筋抗拉強(qiáng)度f(wàn)y和極限強(qiáng)度f(wàn)u實(shí)測(cè)值，表3列出了混凝土立方體抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值。灌漿料采用自密實(shí)混凝土，強(qiáng)度為39.75 MPa。

表2 鋼筋強(qiáng)度實(shí)測(cè)值及其屈服應(yīng)變

表3 試件混凝土立方體抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值

1.3 加載裝置、加載制度與量測(cè)內(nèi)容

試驗(yàn)在湘潭大學(xué)土木工程學(xué)院結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室完成，主要加載設(shè)備為4 000 kN壓彎實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，見(jiàn)圖3。加載過(guò)程：首先，在試件頂部施加920 kN的軸壓力且試驗(yàn)過(guò)程中保持不變；然后，在試件頂部進(jìn)行往復(fù)水平加載。往復(fù)水平加載采用水平位移控制模式，第1級(jí)加載幅值為5 mm，后面每級(jí)加載幅值增加10 mm，每級(jí)加載往復(fù)3次。水平力下降至最大水平力的85%或試件破壞至不適宜加載時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。

試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容主要包括：軸壓力、水平力、墻體水平位移及鋼筋應(yīng)變。各試件位移計(jì)布置方案均相同，見(jiàn)圖3(a)。

圖3 試驗(yàn)加載裝置圖

2 破壞過(guò)程和破壞形態(tài)

以“W”“E”代表墻體兩端。施加往復(fù)水平力(水平位移)時(shí)，先加推力、后加拉力；施加推力為W端受壓、E端受拉，稱(chēng)為正向加載，水平力和水平位移為正；施加拉力為W端受拉、E端受壓，稱(chēng)為反向加載，水平力和水平位移為負(fù)。

以全預(yù)制試件SW5、部分預(yù)制的試件SW6和現(xiàn)澆試件SW10為例，各試件的破壞過(guò)程和主要特征詳見(jiàn)表4。

表4 試件破壞過(guò)程及主要特征

對(duì)于其他3個(gè)預(yù)制剪力墻試件，均出現(xiàn)了除鋼筋斷裂及混凝破壞的現(xiàn)象，此外，SW8試件在試驗(yàn)加載過(guò)程中出現(xiàn)了鋼筋滑移的聲響。

圖4為試件破壞后照片。試件破壞形態(tài)為壓彎破壞，墻體底部約300 mm高度范圍內(nèi)混凝土壓碎，外側(cè)植入鋼筋拉斷，邊緣部位縱筋壓屈、箍筋外漏。結(jié)果表明，采用植入鋼筋間接搭接連接可有效傳遞內(nèi)力，使試件墻體部分與地梁連接成整體。

注：圖名中后綴SP表示現(xiàn)場(chǎng)照片、DP表示素描圖。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 滯回曲線(xiàn)和骨架曲線(xiàn)

試驗(yàn)實(shí)測(cè)試件的頂點(diǎn)水平力-位移滯回曲線(xiàn)和骨架曲線(xiàn)見(jiàn)圖5。由圖5可知，1)各試件滯回曲線(xiàn)都呈現(xiàn)出較為明顯的捏攏現(xiàn)象，飽和程度較低。2)峰值點(diǎn)后，同等級(jí)的3次循環(huán)加載過(guò)程中，最大水平力依次下降，表現(xiàn)出承載力退化特征。3)在頂點(diǎn)位移不大于10 mm時(shí)，水平力與頂點(diǎn)位移之間基本呈線(xiàn)性關(guān)系，墻體基本處于彈性狀態(tài)。4)在試件達(dá)到峰值荷載之后，水平力下降緩慢，表現(xiàn)出一定的延性。

圖5 試件水平力-位移滯回曲線(xiàn)、滯回曲線(xiàn)

3.2 承載力比較分析

表5列出了各試件的屈服荷載Fy及峰值荷載Fp，其中，屈服荷載Fy采用通用屈服彎矩法計(jì)算。由表5可知，試件SW5承載力最低，主要由于其混凝土強(qiáng)度較低，且相較于預(yù)制試件SW6～SW9，其植入鋼筋數(shù)量較少。相較于現(xiàn)澆試件SW10，雖然邊緣疊合試件(SW6～SW9)的混凝土強(qiáng)度較低，但其承載力并無(wú)劣勢(shì)，因此，說(shuō)明了此類(lèi)裝配式剪力墻承載力的可靠性。

表5 試件的屈服荷載、峰值荷載

3.3 變形比較分析

定義頂點(diǎn)水平位移角θ=Δ/H。其中，Δ為試件墻頂測(cè)點(diǎn)1號(hào)位移計(jì)的實(shí)測(cè)值；位移延性系數(shù)μΔ=Δu/Δy，Δy為試件屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)水平位移，Δu為試件極限點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)水平位移，定義水平力下降至峰值的85%為極限點(diǎn)，結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可知，1)試件屈服位移角為1/339～1/158，峰值位移角為1/120～1/69，極限位移角為1/63～1/44，位移延性系數(shù)為3.49～6.77，具有良好的彈塑性變形能力，極限位移角均遠(yuǎn)大于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)規(guī)定的剪力墻結(jié)構(gòu)彈塑性位移角限值1/120。2)試件SW5位移延性系數(shù)比其他試件的較大，主要由于其植入鋼筋數(shù)量較少且植筋位置相對(duì)靠外，所以其屈服位移更小，而極限位移相差較小。3)試件SW7位移延性系數(shù)比SW6小，而2個(gè)試件其他參數(shù)一致，因此，波紋管外螺旋箍筋可提高試件的位移延性系數(shù)。

表6 試件水平位移、位移角及延性系數(shù)

3.4 剛度比較分析

試件剛度采用割線(xiàn)剛度表征，計(jì)算式為

式中：+Fi、-Fi為第i級(jí)循環(huán)加載的正向、反向水平力峰值，本文均采用每級(jí)加載第1次循環(huán)的相關(guān)數(shù)據(jù)；+Δi為水平力峰值對(duì)應(yīng)的位移值。

表7為試件各特征點(diǎn)的割線(xiàn)剛度，其中，Ko為初始剛度(以第1級(jí)加載往復(fù)的第1圈的剛度作為試件的初始剛度)；Ky為屈服剛度；Kp為峰值剛度；Ku為極限剛度。由表7可知，1)試件剛度退化規(guī)律基本一致，隨著水平位移增加，試件的割線(xiàn)剛度減小。2)無(wú)邊緣疊合的SW5試件初始剛度相對(duì)較大，主要由于其植入鋼筋相對(duì)靠外；現(xiàn)澆試件SW10初始剛度較大主要由于其混凝土強(qiáng)度較高；而試件SW7的初始剛度最小，因此，波紋管外的螺旋箍筋可提高試件的初始剛度。

表7 試件不同特征點(diǎn)的割線(xiàn)剛度

4 結(jié)論

1)預(yù)制墻試件和現(xiàn)澆墻試件的破壞形態(tài)基本相同，豎向植入鋼筋的漿錨連接起到了較好的傳力作用，使墻體與底座連接成為整體。

2)波紋管外螺旋箍筋可提高試件的延性及前期剛度，但對(duì)承載力影響較小。

3)疊合面采用氣泡紙粗糙面可滿(mǎn)足疊合面抗剪及新舊混凝土緊密連接的要求，增設(shè)機(jī)械套筒對(duì)試件的力學(xué)性能無(wú)明顯影響。