预制叠合整体式剪力墙的滞回性能试验研究

付玮琪 齐 健 李明俊

(山东大学土建与水利学院，山东 济南 250061)

0 引言

随着建筑产业化的推行，叠合整体式剪力墙作为一种优良的结构形式得到广泛应用。目前国内外学者对叠合整体式剪力墙做了大量的研究，叶燕华等对预制墙板内现浇自密实混凝土叠合剪力墙进行了抗震性能试验研究[1]。王滋军等对叠合剪力墙进行了深入的研究，并取得了大量的实验数据[2,3]。国外对复合墙板也进行了大量的试验研究[4,5]。本文提出一种新型的预制叠合整体式剪力墙，省模板，省人工，施工效率高；该新型剪力墙竖向钢筋连接省去钢筋套筒，剪力墙水平拼缝，上下层钢筋可弯折后进行搭接或者焊接，剪力墙整体性好，对其进行低周往复荷载试验，分析其在荷载作用下的破坏模态、滞回曲线、延性及耗能能力，能为预制叠合整体式剪力墙的实际应用提供一定的依据。

1 试验

1.1 试件制作

试验设计制作了1块足尺现浇剪力墙SW-1和1块足尺预制叠合整体式剪力墙SW-2，试件端部暗柱纵筋配筋率2.01%，箍筋体积配箍率0.91%，预制部分混凝土等级为C45，实测立方体抗压强度为51.8MPa，现浇部分混凝土等级为C30，实测立方体抗压强度为33.8 MPa，SW-1和SW-2详图见图1。试件SW-2中配置1570级φ4.8消除预应力螺纹肋钢丝,实测抗拉强度1 635 MPa；试件SW-1中配置 HRB400级钢筋，直径10 mm钢筋屈服强度为469.4 MPa，极限强度为615.8 MPa；直径12 mm钢筋屈服强度为465.5 MPa，极限强度为621.0 MPa；直径16 mm钢筋屈服强度为563.3 MPa，极限强度为643.3 MPa。

1.2 加载装置及方案

试验在中国地震局工程力学研究所结构试验室进行,分2次～3次加载至预定的轴压力，然后使轴压力保持恒定，试验过程中水平加载为单点加载，作用点位于试件顶部加载梁中央，试验加载制度采用7级位移控制，位移角分别为1/2 000，1/1 000，1/550，1/200，1/120，1/50和1/30。

2 试验现象及破坏模态

试件加载过程中的试验现象如图2所示，位移角达到1/1 000时，在剪力墙SW-1右下部与暗柱的交界处观察到明显的水平裂缝；随着试验进行，裂缝逐渐由剪力墙与暗柱的交界处沿墙体高度方向延伸，且宽度增加，当位移角达到1/200时，底部水平裂缝最宽达到0.30 mm；当位移角达到1/120时，剪力墙底部混凝土开始出现压溃现象；在位移角为1/75时，试件承载力达到峰值431.71 kN，随后在位移角为1/68时，试验荷载下降至峰值荷载的85%，剪力墙竖向钢筋弯曲外露，试验加载结束。

试件SW-2和SW-1试验现象相似，最终均发生以弯曲破坏为主的弯剪型破坏，裂缝主要位于剪力墙1/2以下位置；当位移角达到1/1 220时，试件SW-2墙体端部距底座300 mm处出现水平细微裂缝；随后裂缝开始发展，当位移角达到1/234时，裂缝最宽达0.30 mm；当位移角达到1/120时，墙身底端混凝土开始剥落；在位移角为1/69时，试件承载力达到峰值488.79 kN；随后墙身受压一侧底部混凝土逐渐压溃，剪力墙钢筋裸露，承载力急剧下降，在位移角为1/49时，试验加载结束。

2.1 滞回曲线

试件的滞回曲线如图3所示，试件SW-1，SW-2滞回环的饱满程度较为接近，耗能能力差异较小，加载初期，试件的滞回曲线包围面积很小，试件处于弹性状态，随着侧向位移增大，剪力墙出现塑性损伤，滞回环面积增大，刚度逐渐退化，开始出现捏拢现象，这是由于剪力墙内部剪切滑移造成的；试件SW-1剪切滑移主要出现在钢筋与混凝土接触面上，试件SW-2剪切滑移主要出现在新老混凝土结合面处；滑移的存在减缓了结构的破坏，有利于结构抗震。

本文采用位移延性系数μ分析结构的位移，其中，以观察到墙体下端截面出现肉眼可见的裂缝确定为开裂荷载Fcr，相应的位移为Δcr；竖向钢筋屈服对应的荷载为屈服荷载Fy，相应的位移为Δy；试验峰值荷载为Fm，对应的位移为Δm；以峰值荷载Δm的85%作为极限荷载Fu，对应的位移为Δu；H=2 850 mm，代表侧向荷载加载中心距底座的距离。试件SW-1和SW-2特征点荷载值、位移值、延性系数和极限位移角值θu如表1所示；由表1可知，SW-2的开裂荷载和位移延性系数与SW-1相差不大，但屈服荷载和峰值荷载分别提高了21.8%和10.8%；说明叠合整体式剪力墙的整体刚度较大，承载力有所提升，但是仍具有良好的延性。

表1 试验结果

试件Fcr/kNΔcr/mmFy/kNΔy/mFm/kNΔm/mFu/kNΔu/mμθuSW⁃1189．142．60371．9314．09431．7137．14369．5167．054．761/43SW⁃2193．562．33453．1912．18488．7941．14417．1456．484．641/50SW⁃2/SW⁃1(1．023)(0．896)(1．218)(0．864)(1．132)(1．108)(1．129)(0．842)(0．975)(0．860)注：位移延性系数μ=Δu/Δy、极限位移角θ=Δu/H

2.2 耗能

本文采用JGJ 101—96建筑抗震试验方法规程建议的能量耗散系数E[6]来评价结构体系的耗能能力，由表2可以看出， SW-2的总耗能比SW-1提高29.67%，耗能能力更好。

表2 试件耗能指标

3 结论

通过对1块现浇剪力墙SW-1和1块预制叠合整体式剪力墙SW-2试件进行低周往复荷载试验可得：

1)现浇剪力墙SW-1和叠合整体式剪力墙SW-2破坏形式和裂缝分布类似，均为弯剪型破坏；

2)叠合整体式剪力墙SW-2的承载力相对现浇剪力墙SW-1有一定程度的提高，屈服荷载和峰值荷载分别提高了21.8%和10.8%；

3)叠合整体式剪力墙SW-2与现浇剪力墙SW-1延性相差不大，但是SW-2的耗能能力高于SW-1，总耗能提高了约29.67%。

参考文献：

[1] 叶燕华,孙 锐,薛洲海，等.预制墙板内现浇自密实混凝土叠合剪力墙抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2014,35(7):138-144.

[2] 王滋军,刘伟庆,叶燕华,等.钢筋混凝土开洞叠合剪力墙抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2012,33(7):156-163.

[3] 王滋军,刘伟庆,翟文豪,等.新型预制叠合剪力墙抗震性能试验研究[J].中南大学学报(自然科学版),2015,46(4):1409-1419.

[4] Khandaker M.A. Hossain,Shahryar Rafiei,Mohamed Lachemi,et al.Structural performance of profiled composite wall under in-plane cyclic loading[J]. Engineering Structures，2016(110):88-104.

[5] Mohamad-Ghasem Vetr,N. Mohamad Shirali,Ali Ghamari. Seismic resistance of hybrid shear wall (HSW) systems[J]. Journal of Constructional Steel Research，2016(116):247-270.

[6] JGJ 101—1996，建筑抗震试验方法规程[S].