装配整体式剪力墙受剪性能研究

张中勇，赵钦艳，刘继良，王 刚，刘木禾，初明进

(烟台大学土木工程学院，山东烟台264005)

装配整体式剪力墙受剪性能研究

张中勇，赵钦艳，刘继良，王 刚，刘木禾，初明进

(烟台大学土木工程学院，山东烟台264005)

介绍了一种适用于住宅产业化的新型装配整体式剪力墙结构体系——预制混凝土空心模板剪力墙.完成了1个现浇钢筋混凝土剪力墙试件和2个预制混凝土空心模板剪力墙试件在恒定轴力下的拟静力试验，研究了新型墙体的破坏过程和破坏模式，分析了内部结合面、竖向接缝对墙体受剪性能的影响.研究结果表明:预制混凝土空心模板剪力墙出现宏观竖向裂缝，可避免发生脆性剪切破坏;竖向接缝是影响预制混凝土空心模板剪力墙性能的重要因素;预制混凝土空心模板剪力墙构造合理，可应用于实际工程.

住宅产业化;剪力墙;预制空心模;受剪性能

目前，我国住宅生产仍处于粗放发展阶段，存在资源消耗高、产品质量差、环境污染严重等诸多问题.住宅产业化是以工业化的生产方式生产住宅，可有效提高产品质量、降低成本、缩短工期、保护环境［1-5］.预制混凝土结构体系作为住宅产业化的关键结构体系之一，是我国住宅建造业发展的重要方向，对其进行研究具有重要意义［6-9］.

预制混凝土空心模板剪力墙是一种新型装配整体式剪力墙结构体系，该结构以工厂生产的预制双向孔空心模板(以下简称“空心模”)为基本装配单元，空心模内设有水平方孔和竖向圆孔双向交叉孔道(图1)，施工时，在空心模孔洞内插入钢筋，浇筑混凝土，形成整体结构.预制混凝土空心模板剪力墙结构具有整体性好、连接方便、标准化程度高、施工速度快、节约模板、节能环保等诸多优点［10-11］.

本文按照强弯弱剪的原则设计了1个现浇钢筋混凝土剪力墙试件和2个预制混凝土空心模板剪力墙试件，通过恒定轴力下的拟静力试验，研究预制混凝土空心模板剪力墙的破坏过程和破坏特征以及竖向接缝对墙体受剪性能的影响，为预制混凝土空心模板剪力墙的工程应用提供理论依据.

图1 预制空心模板Fig.1 Precast hollow slabs

1 试验概况

1.1 试件设计与制作

进行了3个矩形截面剪力墙试件试验，即现浇钢筋混凝土对比试件2-SW01和预制混凝土空心模板剪力墙试件2-SW1和2-DW1，其中试件2-DW1为带竖向接缝试件.试件包括上部加载梁、中部墙体和下部基础梁三部分;中部墙体截面尺寸为1 600 mm×200 mm，墙体高度(即从墙底至加载点中心垂直距离)为2 400 mm，剪跨比为1.5.预制混凝土空心模板剪力墙试件的中部墙体由边缘构件、空心模和空心模内后浇混凝土组成，试件2-SW1包含1块空心模，边缘构件的截面尺寸为210 mm× 200 mm;试件2-DW1包含2块空心模，空心模间留有宽度为20 mm的竖向接缝，边缘构件截面尺寸为200 mm×200 mm.试件具体参数见表1.

各试件截面配筋如图2所示，其中阴影部分为空心模.为达到强弯弱剪的设计目的，边缘构件纵向钢筋采用625;箍筋为8@100，体积配箍率为1.12%.预制混凝土空心模板剪力墙的竖向分布钢筋布置于空心模内，为双层8@200;水平分布钢筋布置于空心模水平孔洞内，为双层10@200，端部深入边缘构件内，以加强空心模与边缘构件的有效连接.为保证预制混凝土空心模板剪力墙与基础梁的整体性，在空心模内每一竖向孔洞内布置28的竖向插筋，竖向插筋高出基础梁上表面410 mm.

表1 试件参数Tab.1 Parameters of specimens

图2 试件截面配筋Fig.2 Profile of reinforcement details of specimens

1.2 材料特性

试件制作时预留混凝土立方体试块，与试件同条件养护，试验当天测得混凝土立方体抗压强度平均值见表1［12］.钢筋的实测平均强度见表2［13］.

1.3 加载方案

加载装置如图3.试验采用3 000 kN液压千斤顶施加轴向荷载，采用1 500 kN液压千斤顶施加水平往复荷载，通过荷载传感器监测荷载.试验时施加轴向荷载至预定值，在试验过程中保持恒定;水平荷载采用荷载-位移混合控制，加载制度见图4.加载初期水平荷载采用荷载控制，每级加载级差为250 kN;当墙体出现斜裂缝后，改为位移控制，以该级荷载对应位移的倍数为级差反复加载2次［14］，直至试件破坏或者极限位移角达到1/50左右，结束试验.

试验数据通过DH3816N静态数据采集系统实时采集.

表2 钢筋实测强度Tab.2 Measured strength of reinforcement

2 试验现象

预制混凝土空心模板剪力墙的破坏模式与现浇钢筋混凝土剪力墙明显不同，预制混凝土空心模板剪力墙经历了由整截面墙到墙柱组合体的破坏过程，避免了剪切破坏，变形能力明显增强.

图3 加载装置Fig.3 Test set-up

图4 加载制度Fig.4 Test loading system

2.1 现浇钢筋混凝土墙体试件2－SW01

试件2-SW01为现浇钢筋混凝土剪力墙试件.当水平荷载达到-435 kN和+449 kN时(负向为推，正向为拉)，墙体东西两侧根部出现细微水平裂缝1、2.加载至-623 kN和+685 kN时，东西两侧墙体开始出现斜裂缝1、2，随着水平荷载的增加，墙体边缘构件处出现多条水平裂缝和斜裂缝，斜裂缝呈扇形向对角墙根部发展.当水平荷载达到峰值荷载-1 279 kN和1 509 kN时，墙体对角主斜裂缝宽度急剧增大，承载力急剧下降，墙体发生脆性剪切破坏.墙体破坏过程和破坏模式如图5(a)和6(a)所示，θ为加载点位移角.

2.2 预制混凝土空心模板剪力墙试件2－SW1和2－DW1

试件2-SW1和试件2-DW1的破坏过程基本相似:先出现根部水平裂缝，接着出现斜裂缝;随后沿空心模内的纵向钢筋出现短细斜裂缝，两方向斜裂缝交叉形成宏观竖向裂缝，如图5(b)，(c)所示;峰值荷载后，宏观竖向裂缝发生破坏，两侧的预制混凝土出现相对变形，形成竖向裂缝，墙体进入墙柱组合体受力阶段;随着控制位移的增加，墙体竖向裂缝处出现起皮、掉渣现象，水平承载力明显减低，墙体破坏严重，试验结束.墙体的破坏区域主要集中于空心模表面竖向裂缝区域，如图6(b)，(c)所示.

与试件2-SW1相比，试件2-DW1含竖向接缝，在峰值荷载前沿竖向接缝出现竖向裂缝，其两侧的空心模发生相对变形，墙体变形能力增强.

各试件的主要特征点荷载和位移如表3所示.

3 试验结果分析

3.1 滞回曲线与骨架曲线

图7、图8分别为各试件的顶点水平荷载-位移滞回曲线和骨架曲线，其中纵轴为剪压比P/ fcbh0，横轴为顶点位移角Δ/H，P为试件顶点水平荷载，h0为试件截面有效高度，Δ为试件顶点水平位移，H为墙体高度.

(1)加载初期，预制混凝土空心模板剪力墙处于弹性阶段，卸载段基本为直线，滞回曲线较为饱满，试件残余变形较小;峰值荷载后，墙体裂缝宽度急剧增加，宏观竖向裂缝两侧预制混凝土相对变形突然增大，试件残余变形较大，滞回曲线捏拢现象明显增加.

图5 峰值荷载试件的裂缝形态Fig.5 Crack pattern of specimens at the peak load

图6 试件破坏形态Fig.6 Failure pattern of specimens

表3 主要特征点荷载和位移Tab.3 Characteristic points of specimens

图7 试件顶点水平荷载-位移滞回曲线Fig.7 Top lateral load-displacement hysteretic loops of specimens

(2)现浇钢筋混凝土剪力墙试件2-SW01在峰值荷载时，竖向承载力急剧下降，墙体发生剪切破坏;预制混凝土空心模板剪力墙试件峰值荷载后，依然保持良好的竖向承载力，水平承载力减低缓慢，表现出良好的变形能力，有效避免了脆性剪切破坏，耗能能力明显增强.

3.2 受剪承载力和延性

表4为各试件试验时主要特征点，其中屈服点采用几何作图法确定，破坏点定义为骨架曲线上水平荷载下降到峰值荷载的85%所对应点或试验结束时所对应点.见表4和图7、图8.

(1)现浇钢筋混凝土剪力墙2-SW01发生脆性剪切破坏，没有延性.

(2)与试件2-SW01相比，预制混凝土空心模板剪力墙受剪承载力有所降低，说明预制混凝土空心模板剪力墙内存在的新旧混凝土结合面降低了墙体的水平承载力.

(3)试件2-DW1的受剪承载力与试件2-SW1基本相同，表明竖向接缝对墙体受剪承载力影响不大.

(4)预制混凝土空心模板剪力墙的位移延性系数¯Δu/¯Δy均大于4，具有良好的延性.

表4 各试件主要特征点Tab.4 Characteristic points of specimens

4 结论

通过对1个现浇钢筋混凝土剪力墙和2个预制混凝土空心模板剪力墙的拟静力试验，得出以下结论.

(1)预制混凝土空心模板剪力墙在水平荷载作用下避免发生脆性剪切破坏，破坏过程和破坏模式与现浇钢筋混凝土剪力墙明显不同.

(2)预制混凝土空心模板剪力墙试件位移延性系数均大于4，具有良好的延性，但受剪承载力有所降低.

(3)竖向接缝是影响预制混凝土空心模板剪力墙受力性能的重要因素，显著提高了墙体的变形能力.

［1］张季超，楚先锋，邱剑辉，等.高效、节能、环保预制钢筋混凝土结构住宅体系及其产业化［J］.工程力学，2008，25 (S2):123-133.

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Shear Performance of Assembled Monolithic Concrete Shear Walls

ZHANG Zhong-yong，ZHAO Qin-yan，LIU Ji-liang，WANG Gang，LIU Mu-he，CHU Ming-jin
(School of Civil Engineering，Yantai University，Yantai 264005，China)

Shear wall built with precast two-way hollow slabs applied in housing industrialization is an innovative shear wall.To study the failure process and the failure mode of the new typed walls，and to analyze the effect of inner joints and vertical joints on shear performance of the walls，one cast-in-place reinforced concrete shear wall and two shear walls built with precasted hollow slab are quasi-statically tested.The results indicate that the deformability of the new typed walls is good and brittle shear failure is avoided by vertical initiated cracks.Vertical joint is the key factor that affects the behavior of the walls.The construction of the new typed walls is reasonable.Therefore，it can be applied in practical engineering.

housing industrialization;shear wall;precast two-way hollow slab;shear performance

TU391;TU392.5

A

(责任编辑 苏晓东)

1004-8820(2015)02-0135-06

10.13951/j.cnki.37-1213/n.2015.02.011

2014-07-29

国家自然科学基金资助项目(51378450);山东省高等学校科技计划项目(J13LG09).

张中勇(1989-)，男，山东潍坊人，硕士研究生.

初明进(housind@126.com)，教授，博士，研究方向:新型结构和新材料结构.