不同连接方式下装配式剪力墙抗震性能研究

李贺

摘要：本文基于湿法和干法连接类型，对不同连接方式下的装配式剪力墙抗震性能进行试验，通过记录剪力墙破坏过程，结合荷载-位移曲线分析、耗能曲线分析、等效粘滞阻尼系数和刚度退化分析，对不同连接方式下的抗震性能进行分析、对比和总结，为推广应用湿法和干法节点连接形式、优化当前装配式建筑结构体系提供借鉴和参考。

Abstract： Based on the types of wet connection and dry connection， this paper tests the seismic performance of fabricated shear wall under different connection modes. By recording the failure process of shear wall， combining with load displacement curve analysis， energy consumption curve analysis， equivalent viscous damping coefficient and stiffness degradation analysis， this paper analyzes， compares and summarizes the seismic performance of different connection modes， so as to promote the application of the connection form of wet method and dry method and optimize the current prefabricated building structure system.

关键词：湿法;干法;装配式剪力墙;抗震性能

Key words： wet method;dry method;assembled shear wall;seismic performance

中图分类号：TU3                                         文献标识码：A                                  文章編号：1006-4311（2020）23-0077-03

0  引言

预制装配式剪力墙结构性能高、标准规范和施工效率高的特点，在我国建筑行业中具有重要的应用价值，其从结构形式上划分可包括部分预制剪力墙结构和全预制剪力墙结构，且随着技术发展和应用的需求，出现了多种不同连接方式下的装配式剪力墙应用形式。本文针对湿法和干法连接类型下的装配式剪力墙进行抗震性能试验，测试其抗震性能，实验过程包括：剪力墙设计、剪力墙材料及制作、加载方案及量测内容。

1  剪力墙设计

1.1 剪力墙

1.1.1 选取研究对象

通过某项目为例进行研究，选取位置如图1所示。

出于对结构在地震作用下的主要研究机理考虑，剪力墙试验设计的原型结构如图1所示，主要由16轴线与A至1/A轴线组成。

1.1.2 剪力墙截面设计

本设计主要侧重于墙体的弯曲破坏，因此设计短肢剪力墙作为研究对象。按照湿法连接与干法连接类型，分别选取套筒灌浆（TTGJ-1）、约束浆锚（YSGJ-1）、箱形螺栓（XXLS-3）和H型钢（HG-3）四种不同连接方式，试件的墙体的尺寸都为2925×200×1300（mm），且高宽比为2.25，强度等级为C40，轴压比为0.1。

1.2 剪力墙试件连接方式

选取抗震等级为二级的剪力墙，且各试件的连接方式如下：

①TTGJ-1连接方式：对套筒两端分别使用套丝和后插钢筋灌浆锚固与半灌浆套筒机械与地梁进行连接;

②YSGJ-1试件采用高效钢筋浆锚搭接技术，采用后插钢筋灌浆搭接将一端与地梁进行连接，采用预埋固定螺旋箍筋及波纹管连接另一端;

③XXLS-3试件采用箱形螺栓连接技术，将其纵向钢筋固定连接到箱形梁顶板上，并以高强螺栓与地梁连接;

④HG-3试件采用H型钢连接技术连接上部剪力墙及下部地梁。

2  加载方案及量测内容

2.1 加载方案

实验过程中，对试件的加载形式有两种，即竖向加载和水平往复加载，对应地在加载装置部署上，要包括竖向加载、水平加载和底部限位装置等，如图2所示。

①实施竖向加载时需从顶部开始，利用200t液压千斤顶施加轴向荷载，直到达到荷载值。各试件轴压比n均取为0.1，轴向压力取为480kN;

②在进行水平加载时需从试件顶部加载梁侧向位置实施水平荷载，荷载大小为100t左右，其中，试验前期采用2mm作为周期进行加载，单级单次循环执行;当达到6mm后，每次以6mm为增量，到达每一级后，都要重复执行三次;直至水平力小于最大水平力的85%时结束实验，此时可认为试件失效。

2.2 测量内容

通过上述加载方案实施，分别完成轴向荷载实验、纵向钢筋应变实验、水平往复荷载实验、箍筋应变实验、型钢应变实验、墙体水平位移实验和墙体相对变形实验内容。为准确测量墙体各个位置的应变，还需要分别布置五种应变片，分别对应纵向钢筋、水平箍筋、钢板表面、剪力墙底部表面和套筒等构件位置;同时，为全面测量不同高度下截面处的水平位移情况，需要在距墙体底部根据不同高度安装4个位移计。

3  结果分析

3.1 剪力墙破坏过程

在剪力墙破坏实验过程实施中，以TTGJ-1破坏过程为例说明，根据加载方案中的描述，位移控制加载开始时以2mm为递增量，后面以6mm位移循环增加。期间对荷载P和试件状态进行详细记录，并仔细观察试件状态。

随著水平方向位移增加，荷载量逐渐加大，TTGJ-1整个过程为：弹性阶段→然后逐渐出现墙体极小的水平裂缝→裂缝变大并出现“噼啪”声→裂缝持续加宽→开始在不同高度下出现不同角度的斜裂缝→循环中一侧墙体角落混凝土被压碎掉落→试验结束。并通过记录结果表明，当TTGJ-1试件墙体一端套筒上部约50mm处出现混凝土压碎和钢筋弯曲现象时，说明其已达到最终破坏形态。同理，以相同方式对其他三个试件的破坏过程进行测试，结果见表1。

结果表明，YSGJ-1试件加载至±48mm时、XXLS-3试件加载至±54mm时及HG-3试件加载至±60时，承载力出现下降，并出现钢筋压弯，灌浆料或上部混凝土被压碎的结果，实验结束。

3.2 荷载-位移曲线分析

①湿法连接试件。

经两个试件的滞回曲线、骨架曲线和试件特征点分析比较可得出以下结论：二者的耗能能力都比较强，但在极限承载力和最大位移方面，TTGJ-1要大于YSGJ-1;试件YSGJ-1相比于TTGJ-1，刚度方面和延性方面较强，但变形能力略差，整体来讲二者在延性和抗倒塌性能方面都比较优良。

②干法连接试件。

通过试件XXLS-3和HG-3的滞回曲线、骨架曲线和试件特征点分析比较可得出以下结论：HG-3试件相比XXLS-3，其塑性变形能力更好，可有效消耗地震能量，后者受到了滑移的影响，其剪力墙延性和地震能量消耗性能较差，且其前期刚度相对HG-3试件要低，其承载力下降比较快;然而在开裂荷载方面、H型钢连接形式底部刚度、钢筋锚杆对墙体的约束和变形能力等方面，HG-3试件要远高于XXLS-3。不过，在屈服位移及屈服荷载方面，XXLS-3试件远超HG-3。

3.3 耗能曲线分析

装配式剪力墙结构的耗能能力越大，其抗震性越好。用装配式剪力墙耗能曲线验证湿法与干法连接，经分析得出以下结论：在加载刚开始时，试件均处于弹性阶段，各试件的耗能能力相近。以水平位移12mm为分水岭，在水平位移？燮12mm时，TTGJ-1和YSGJ-1试件的耗能曲线基于一致;水平位移？叟12mm时，YSGJ-1、XXLS-3试件的耗能能力要分别比TTGJ-1、HG-3试件好，直至试件破坏。水平位移=42mm时，TTGJ-1和YSGJ-1试件耗能能力基本相同，而HG-3试件要优于XXLS-3。

3.4 等效粘滞阻尼系数分析

等效粘滞阻尼系数大小可以有效反应出剪力墙的抗震性能，其与剪力墙结构耗散能量能力成正比。根据分析，只有XXLS-3试件等效粘滞阻尼系数不与水平位移成正比，而TTGJ-1、YSGJ-1及HG-3试件等效粘滞阻尼系数都会以相近的增长斜率随着水平位移增加而增大，且YSGJ-1试件相比TTGJ-1试件，其等效粘滞系数增长较快。

3.5 刚度退化分析

在地震作用下，刚度退化现象是能表现出结构吸收及耗散能量的能力特征之一。对干湿法的装配式剪力墙刚度退化曲线分析可得：试件加载时，试件的刚度与水平位移成反比，开始实施荷载时，试件均处于弹性阶段，刚度较大;随着位移增加，试件刚度开始减小并在试件破坏时达到最小值。其中，YSGJ-1试件的前期刚度大于TTGJ-1试件，HG-3试件的前期刚度大于XXLS-3。到期后期，YSGJ-1试件的刚度退化要快于TTGJ-1，HG-3试件的刚度退化要快于XXLS-3，直到两组相互之间的刚度相近，此时试件接近破坏状态。

4  结语

本文围绕对干法、湿法连接下的装配式剪力墙抗震性能研究展开试验，并通过抗震性能标准进行分析，分别从不同角度总结了套筒灌浆、约束浆锚、箱形螺栓和H型钢连接方式下装配式剪力墙抗震性能和优缺点，为装配式混凝土结构的应用和推广提供了基础和依据。

参考文献：

[1]种迅，宋磊，陈长林，王子杨，蒋庆，冯玉龙，何沅臻.含减震外挂墙板装配式混凝土剪力墙结构抗震性能研究[J].工业建筑，2020，50（01）：40-46.

[2]崔军军，杨德健，熊佳明，门雅爱.预制装配式耗能剪力墙结构抗震性能研究[J].天津城建大学学报，2019，25（06）：420-424.

[3]王玲，杨佩剑，付素娟，王跃达.新型装配式剪力墙结构水平缝抗震性能试验研究[J].硅酸盐通报，2019，38（07）：2049-2056，2071.

[4]黄炜，张敏，江永涛，等.装配式混凝土墙抗震性能试验研究[J].建筑结构学报，2015（10）：88，95.