摘要：為了推動我國裝配式抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系在房建鋼-混凝土結(jié)構(gòu)中的工業(yè)化應(yīng)用，通過在裝配式抗側(cè)力鋼柱外圍澆筑混凝土的方法制備了裝配式抗側(cè)力墻試件，對裝配式抗側(cè)力墻在水平荷載下的破壞形態(tài)、滯回曲線和骨架曲線進(jìn)行研究；利用ABAQUS軟件，對裝配式抗側(cè)墻試件進(jìn)行抗震反應(yīng)分析，并與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，水平荷載作用下裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)與ABAQUS有限元軟件分析的結(jié)果較為吻合，加載過程中試件會出現(xiàn)鋼筋綴件彎曲變形、翼緣/混凝土分離和腳部混凝土大塊脫落等現(xiàn)象；裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)的滯回曲線、骨架曲線等抗震實驗參數(shù)試驗結(jié)果與模擬結(jié)果吻合，可為該技術(shù)支撐提供重要參考。

關(guān)鍵詞：裝配式；抗側(cè)力墻；水平往復(fù)荷載；有限元模擬；抗震性能

中圖分類號：TQ178；TU317文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2025）02-0068-04

Seismic response analysis and mechanical property test of steel-concrete structure of housing construction

CHI Hongyi，WANG Xiaojing，WANG Jiwu，MA Binbin，LI Guanghui，F(xiàn)ENG Tiancheng，CHEN Deliang，CHI Hongli

（Beijing Urban Construction Road and Bridge Construction Group Co.，Ltd.，Beijing 100124，China）

Abstract：In order to promote the industrial application of the prefabricated lateral force resistance structure system in the steel-concrete structure of housing construction，the prefabricated lateral force resistance wall specimens were prepared by pouring concrete on the periphery of the prefabricated lateral force resistant steel column，and the failure mode，hysteresis curve and skeleton curve of the prefabricated lateral force resistance wall under horizontal load were studied.ABAQUS software was used to analyze the seismic response of the assembled sidewall speci?mens，and compared with the experimental data.The results show that the failure mode of the prefabricated lateral force wall structure under horizontal load is consistent with the analysis results of ABAQUS finite element software，and the specimens will have the bending deformation of the reinforcement patches，the separation of the flange/con?crete，and the falloff of the foot concrete during the loading process.The test results of seismic experimental param?eters such as hysteresis curve and skeleton curve of prefabricated lateral force wall structure are consistent with thesimulation results，which can provide an important reference for the technical support.

Key words：assembly type；lateral force resisting wall；horizontal reciprocating load；finite element simulation；seis?mic performance

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑是由鋼（構(gòu)）件構(gòu)成的裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系，相較于裝配式混凝土建筑具有施工便捷、基礎(chǔ)造價更低、綠色環(huán)保、建筑使用面積更大和抗震性能更好等優(yōu)點[1]，在美國、日本、加拿大和法國等國家已有著廣泛應(yīng)用。而我國的裝配式建筑工業(yè)的起步較晚，隨著近年來裝配式建筑規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和政策在我國的不斷推出（如GB/T 51232—2016《裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ/T 469—2019《裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等）[2]，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展迎來了巨大發(fā)展機(jī)遇，不斷開發(fā)出鋼支撐、多肢鋼管混凝土格構(gòu)柱等傳統(tǒng)抗側(cè)力鋼構(gòu)件[3，4]，以及鋼板/鋼支撐組合、鋼框架/填充墻構(gòu)件等新型抗側(cè)力鋼構(gòu)件[5，6]，但是前者存在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計程度低、裝配式施工困難，后者存在構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度無法滿足整體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防等要求，在很大程度上限制了裝配式抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的工業(yè)化應(yīng)用[7-9]。為了在項目中采用裝配式抗側(cè)力鋼-混凝土結(jié)構(gòu)，本文以裝配式抗側(cè)鋼柱為研究對象，在其周邊澆注可塑性混凝土，研究其抗震性能。以期為裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)的工業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)支撐與參考。

1試驗設(shè)計與建模

1.1試驗設(shè)計

圖1為抗側(cè)力墻的結(jié)構(gòu)示意圖，鋼柱結(jié)構(gòu)包括H型鋼梁（Q345鋼、截面尺寸為250 mm×125 mm×6 mm×9 mm、鋼梁長度為900 mm）、加勁肋（Q345鋼，200 mm×125 mm×15 mm）、螺栓（10.9級M16，孔徑17.5 mm）、柱肢（80 mm×80 mm×5 mm方鋼管、長度2 500 mm）、墊塊（Q345鋼，80 mm×10 mm×40 mm）、鋼片（Q345鋼，100 mm×4 mm×100 mm）、鋼筋綴件（Φ22 mm HRB335鋼筋，細(xì)部尺寸a和b分別為10 mm和40 mm，與柱肢夾角為45°）和外部改性聚苯顆?；炷翂Π澹–7.5級，900 mm×125 mm×2 500 mm）。

依據(jù)GB/T 228.1—2021《金屬材料拉伸試驗》標(biāo)準(zhǔn)對Q345鋼、HRB335鋼筋和10.9級螺栓進(jìn)行室溫拉伸性能測試，Q345鋼、HRB335鋼筋的屈服強(qiáng)度為365、345 MPa、抗拉強(qiáng)度625、485 MPa、斷后伸長率22.6%、24.7%、彈性模量為2.02×105、2.03×105 MPa，10.9級螺栓的屈服強(qiáng)度為845 MPa、抗拉強(qiáng)度1 145 MPa、斷后伸長率11.2%。依據(jù)GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》測得改性聚苯顆?；炷亮⒎襟w試件的抗壓強(qiáng)度為7.93 MPa，試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm。

1.2模型建立

采用ABAQUS有限元軟件對抗側(cè)力墻試件進(jìn)行數(shù)值模擬[10，11]，各結(jié)構(gòu)件（H型鋼梁、柱肢、螺栓、鋼片、混凝土等）的三維模型按照實體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計，鋼材和混凝土的材料屬性根據(jù)實測結(jié)果輸入到實體模型中，整體結(jié)構(gòu)形式與圖1保持一致。

在模擬加載過程中，對H形鋼梁進(jìn)行縱向受力40 kN，兩端受橫向Z向往復(fù)荷載；定義柱肢/墊塊、鋼筋綴件/鋼片、鋼筋綴件/墊塊接觸形式為“綁定”，螺栓/孔壁、螺帽/翼緣接觸形式為“小滑移”，翼緣/混凝土接觸形式為“有限滑移”，混凝土與柱肢、鋼片等的接觸形式為“內(nèi)置區(qū)域”約束[12]。在劃分網(wǎng)格單元時，利用C3D8R單元對H型鋼梁（網(wǎng)格單元尺寸16 mm）、墊塊（網(wǎng)格單元尺寸20 mm）、墊塊（尺寸8 mm）、螺栓（尺寸2 mm）、混凝土（120 mm）進(jìn)行網(wǎng)格劃分。采用C3D10MH單元對鋼筋綴件（網(wǎng)格單元尺寸11 mm）進(jìn)行網(wǎng)格劃分。建模完成后，在可視化模塊中對裝配式抗側(cè)力結(jié)構(gòu)件進(jìn)行與實體結(jié)構(gòu)件相同的擬靜力加載試驗[13，14]，當(dāng)結(jié)構(gòu)件的抗側(cè)力降低至極限荷載的85%或者連接部件嚴(yán)重破壞時停止加載。

2結(jié)果與分析

2.1破壞過程

當(dāng)水平位移加載至10 mm時，裝配式抗側(cè)力墻試件的墻面開始出現(xiàn)豎向微裂紋，裂紋位置在鋼梁/混凝土連接處附近；當(dāng)位移加載至12 mm時，墻面豎向微裂紋逐漸增多的同時開始出現(xiàn)橫向裂紋；增加位移至15 mm，墻面裂紋數(shù)量增多、寬度變大；在位移為20 mm時，豎向裂紋和橫向裂紋不斷擴(kuò)展，墻板邊緣處混凝土出現(xiàn)破碎，并在位移增加至30 mm時出現(xiàn)混凝土/鋼連接板脫離現(xiàn)象；在位移為40 mm時，翼緣/墻板裂縫增加至8 mm，同時可聽見部件摩擦產(chǎn)生的碰撞聲、局部混凝土發(fā)生脫落；繼續(xù)增加位移至50 mm，混凝土/鋼連接板脫離和混凝土脫落現(xiàn)象愈發(fā)顯著，并在位移為60 mm時承載力急劇下降至極限荷載的85%以下，鋼筋綴件出現(xiàn)明顯彎曲變形、翼緣/混凝土分離、腳部混凝土大塊脫落。

在加載過程中，墻板局部區(qū)域會出現(xiàn)較大的應(yīng)力而產(chǎn)生微裂紋，與墻板加載試驗過程中多處出現(xiàn)裂紋的結(jié)構(gòu)相吻合；鋼筋綴件的應(yīng)力云圖和加載試驗的破壞形貌都表明，鋼筋綴件在加載過程中會出現(xiàn)局部屈曲；鋼梁/連接板連接處的應(yīng)力云圖表明在連接處會出現(xiàn)應(yīng)力集中，這與H型鋼梁/連接板連接處出現(xiàn)裂縫的試驗結(jié)果相吻合。整體而言，水平荷載作用下裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)與ABAQUS有限元軟件分析的結(jié)果較為吻合。

2.2滯回曲線

圖2為裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)的滯回曲線。

由圖2可知，從試驗和仿真中得出的滯回曲線都比較充分。整體呈現(xiàn)出“捏縮”特征，體現(xiàn)出裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能。此外，有限元模擬得到的滯回曲線采用了更為理想化的模型邊界條件、約束條件，且在模擬過程中沒有考慮鋼柱結(jié)構(gòu)件的殘余應(yīng)力等[15]，因此滯回曲線模擬結(jié)果會相對試驗結(jié)果更為飽滿，但是整體變化趨勢較為吻合。

2.3骨架曲線

圖3為裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)的骨架曲線。

由圖3可知，從試驗結(jié)果看，加載初期試件由于處于彈性變形階段，抗側(cè)力會隨著位移增加而線性增大；隨著位移的逐漸增大，骨架曲線的斜率變小，試件逐漸進(jìn)入彈塑性變形階段；當(dāng)位移增加至12 mm時，試件的抗側(cè)力為43.16 kN，而隨著位移逐漸增加，試件的極限抗側(cè)力增加至85.48 kN。整體而言，模擬得到的骨架曲線與試驗結(jié)果的變化趨勢較為吻合[16]。

2.4剛度退化曲線

圖4為裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)的剛度退化曲線。

由圖4可知，在加載初期，試驗與模擬得到的剛度退化曲線中的剛度退化較快，而當(dāng)位移增加至20 mm時，剛度退化趨勢變緩且未出現(xiàn)剛度突變，二者的剛度退化曲線變化趨勢基本一致。

2.5延性試驗

表1為裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)的延性試驗結(jié)果與模擬結(jié)果。

由表1可知，正向加載和負(fù)向加載過程中模擬得到的屈服位移、極限位移與試驗結(jié)果相差不大，延性系數(shù)平均值為3.92，與試驗結(jié)果誤差在5%以內(nèi)。試驗和模擬得到的位移延性系數(shù)平均值gt;3且較為接近，可見裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)具有較好的變形能力[17]。

2.6耗能能力

圖5為裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)的耗能能力試驗結(jié)果與模擬結(jié)果。

由圖5可知，裝配式抗側(cè)力墻試件的耗能能量隨位移變化的試驗結(jié)果與模擬結(jié)果較為吻合，即在開始彈性變形階段的耗能能量較小，且耗能隨著位移增加而逐漸增大，但是相同位移下數(shù)值模擬得到的耗能能量要高于試驗結(jié)果，這主要與數(shù)值模擬采用了更為理想化的模型邊界條件、約束條件，且在模擬過程中沒有考慮鋼柱結(jié)構(gòu)件的殘余應(yīng)力等有關(guān)[18]，這與前述的滯回曲線相吻合。

表2為裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)的等效粘滯阻尼系數(shù)試驗結(jié)果與模擬結(jié)果。在相同加載位移條件下，等效粘滯阻尼系數(shù)的模擬結(jié)果要大于試驗結(jié)果，但是誤差控制在10%以內(nèi)，表明本文的數(shù)值模擬可以對裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)的等效粘滯阻尼系數(shù)進(jìn)行可靠預(yù)測。

3結(jié)語

（1）裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)在水平位移加載至10 mm時，墻面開始出現(xiàn)豎向微裂紋，裂紋位置在鋼梁/混凝土連接處附近；隨著加載位移逐漸增大，墻面裂紋數(shù)量逐漸增多、裂紋寬度增大，并逐漸出現(xiàn)混凝土/鋼連接板脫離、混凝土脫落現(xiàn)象，在位移為60 mm時承載力急劇下降至極限荷載的85%以下，鋼筋綴件出現(xiàn)明顯彎曲變形、翼緣/混凝土分離、腳部混凝土大塊脫落。水平荷載作用下裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)與ABAQUS有限元軟件分析的結(jié)果吻合；

（2）試驗得到的滯回曲線和模擬得到的滯回曲線都較為飽滿，整體呈現(xiàn)出“捏縮”特征，體現(xiàn)出裝配式抗側(cè)力墻結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，二者的滯回曲線整體變化趨勢吻合；

（3）裝配式抗側(cè)力墻受力特性測試與仿真計算值基本一致，但由于數(shù)值模擬采用了更為理想化的模型邊界條件、約束條件，且在模擬過程中沒有考慮鋼柱結(jié)構(gòu)件的殘余應(yīng)力等，二者仍然有一定誤差。

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（責(zé)任編輯：張玉平）