装配式预制混凝土墙体抗侧性能研究

李臣臣（济南市莱芜区建筑业服务中心，山东 莱芜 271100）

随着建筑工程技术的不断发展和人们对建筑结构性能要求的提高，装配式预制混凝土墙体作为一种重要的结构形式，在现代建筑中得到了广泛的应用[1]。其具有施工速度快、质量可控、环保等优势，但在实际工程应用中，其抗侧性能对于保障结构整体稳定性至关重要[2]。

为了深入了解装配式预制混凝土墙体在侧向荷载下的抗侧性能，本研究通过系统而全面的试验研究，评估该结构在不同条件下的侧向承载能力和变形性能。试验设计包括试样制备、试验装置设置、试验参数确定、荷载施加方式选择、测量和记录关键数据、数据分析等多个步骤，进而全面而深入地揭示装配式预制混凝土墙体抗侧性能的特征及其影响因素。通过对关键参数如墙体厚度、配筋方式等的合理设置，本研究将深入探讨墙体在各种工程条件下的抗侧性能表现，并通过荷载-位移曲线、应变等数据的综合分析，得出结论并提出对于提升装配式预制混凝土墙体抗侧性能的建议。本研究结果不仅为相关工程实践提供重要的参考依据，也有助于推动装配式预制混凝土技术的进一步发展与完善。

1 试验设计

1.1 试样制备

在研究装配式预制混凝土墙体抗侧性能时，通过制备不同条件下的试样进行系统试验。混凝土配方包括普通硅酸盐水泥、河沙（细度模数2.6）、20mm内直径碎石，水灰比控制在0.45。钢筋选用HRB400，直径为10mm。尺寸设计考虑到试验和建筑需求，设计了不同厚度的试样，同时确保配筋方式具有实际工程代表性。

试样制备过程中，按照预定的水泥用量和砂石配合比例进行混凝土搅拌，并在预制模具中放置了10mm的水平和垂直方向钢筋，纵横交错布置。为了全面了解不同墙体厚度的影响，制备了厚度分别为150mm、200mm 和250mm 的试样。每个试样都经过明确标识，并记录了制备日期、混凝土配方、水泥用量、钢筋规格和数量等关键数据，以建立清晰的试样档案供后续数据分析使用。

1.2 试验装置

为确保试验结果的可靠性，设计和设置了适当的试验装置来模拟实际工程条件。

（1）支撑结构。搭建坚固的支撑结构，确保试样在加载过程中保持稳定。支撑结构的主要参数包括支撑材料强度（Q345钢材）、支撑高度（2.5m）。

（2）侧向加载装置。设计合适的侧向加载装置，模拟墙体在实际工程中受到的侧向荷载。侧向加载装置采用了油压缸，施加的侧向力可以调整。加载力的范围为0～200kN。

（3）测量仪器。安装位移传感器和应变计等测量仪器，以准确记录试样在加载过程中的变形和应力情况。位移传感器的灵敏度为0.01mm，应变计的采样频率为100Hz。

（4）加载控制系统。采用可靠的加载控制系统，确保加载过程中施加的力和速度符合设计要求。加载控制系统可以实现恒载荷、变载荷等加载方式，并能够保持加载速度在0.5kN/s。

1.3 试验参数

在进行装配式预制混凝土墙体抗侧性能研究时，需要明确定义和控制一些关键参数并深入了解这些参数对结构性能的影响。

（1）墙体厚度。试验选择不同的墙体厚度作为试验变量，具体选取的厚度包括150mm、200mm和250mm，帮助试验分析墙体厚度对抗侧性能的影响趋势。

（2）配筋方式。试验考虑采用不同的配筋方式作为另一个关键参数。具体而言，将设计水平和垂直方向钢筋的布置方式，包括纵横交错、单向配筋等。这将帮助我们评估不同配筋方式对抗侧性能的影响。

2 试验方法

2.1 荷载施加方式

为模拟装配式预制混凝土墙体在侧向荷载下的实际工作情况，试验采用以下方式施加水平荷载：

（1）加载方式。采用静态加载方式，逐渐施加水平荷载，观察试样在不同荷载下的变形和应力响应[3]。

（2）加载范围。荷载范围设定为0～200kN，以涵盖常见实际工程中可能受到的侧向荷载。

（3）加载速率。设定加载速率为0.5kN/s，确保在加载过程中保持适度的稳定性，以获取可靠的试验数据。

（4）加载持续时间。每次加载后将观察试样的变形情况，并在达到最大荷载后保持一定时间，保证评估试样在持续荷载下的稳定性[4]。

2.2 测量和记录

为确保对装配式预制混凝土墙体抗侧性能的细致了解，在试验过程中需要进行以下测量和记录：

（1）位移测量。安装在试样关键部位的位移传感器将记录试样在加载过程中的位移变化。位移传感器的灵敏度设置为0.01mm，方便捕捉微小的位移变化。

（2）应变测量。使用应变计测量试样中的应变情况，应变计的采样频率设定为100Hz，确保对应变的高频率监测。

（3）加载力测量。通过加载控制系统实时监测加载装置施加在试样上的力，获取加载过程中的力变化情况。

（4）时间记录。记录整个试验过程的时间序列，包括加载开始、结束时间等，以便对试验过程进行时间关联分析。

3 试验步骤

3.1 试验前准备

在进行装配式预制混凝土墙体抗侧性能研究之前，需要进行以下试验前准备步骤：

（1）检查试验装置。确保支撑结构、侧向加载装置、测量仪器和加载控制系统等试验装置正常运行。检查支撑结构的强度参数，如Q345 钢材的材料强度，确保其符合设计要求。

（2）校准测量仪器。对位移传感器、应变计等测量仪器进行校准，确保其准确度和灵敏度在试验范围内。位移传感器的灵敏度应设置为0.01mm，应变计的采样频率为100Hz。

（3）调整加载控制系统。对加载控制系统进行调整，确保其能够实现恒载荷、变载荷等加载方式，并保持加载速度在0.5kN/s。检查加载控制系统的稳定性和准确性。

（4）确认试样标识。确认每个试样的明确标识，包括制备日期、混凝土配方、水泥用量、钢筋规格和数量等关键数据。这些标识将在后续的数据分析中起到关键作用。

（5）检查油压缸和加载力范围。对侧向加载装置进行检查，确保油压缸正常运作。根据试验要求，调整加载力的范围为0～200kN，从而涵盖常见实际工程中可能受到的侧向荷载。

3.2 施加荷载

为模拟装配式预制混凝土墙体在侧向荷载下的实际工作情况，采用以下步骤施加荷载：

（1）加载方式。采用静态加载方式，逐渐施加水平荷载。通过加载控制系统，确保加载过程平稳，以观察试样在不同荷载下的变形和应力响应。

（2）加载范围。设定荷载范围为0～200kN，以覆盖常见实际工程中可能受到的侧向荷载，有助于全面了解墙体在各种工况下的性能表现。

（3）加载速率。设置加载速率为0.5kN/s，以确保加载过程中的稳定性。适度的加载速率有助于获取可靠的试验数据，并模拟实际侧向荷载作用下的工作条件。

（4）加载持续时间。每次达到最大荷载后，保持一定时间，观察试样在持续荷载下的变形情况，此步骤有助于评估试样在侧向荷载持续作用下的稳定性[5]。

通过以上荷载施加步骤，可以模拟装配式预制混凝土墙体在不同侧向荷载作用下的实际响应。同时，通过位移传感器、应变计、加载力传感器等测量仪器记录关键数据，为后续的数据分析提供翔实的试验数据。

3.3 数据采集

在进行装配式预制混凝土墙体抗侧性能研究的试验中，通过仔细的数据采集，获得了关键参数的测量结果，见表1。

表1 装配式预制混凝土墙体抗侧性能试验数据

通过对比不同试验参数下的结果，可以得出以下初步结论：

（1）墙体厚度影响。随着墙体厚度的增加，墙体的抗侧性能呈现增强趋势。250mm 厚度的墙体相较于150mm 和200mm 墙体，在相同配筋方式下承受更大的侧向荷载。

（2）配筋方式影响。不同的配筋方式对墙体的抗侧性能有显著影响，纵横交错的配筋方式在各墙体厚度下表现出色。

4 数据分析

4.1 增加墙体厚度、纵横交错配筋方式可提高抗侧性能

如图1 所示，随着墙体厚度的增加，整体趋势呈现出更为鲜明的提升，表明墙体厚度与抗侧性能之间存在正相关关系。特别是在纵横交错配筋方式下，150mm、200mm、250mm 厚度的墙体相继呈现出20.5mm、25.2mm 和30.8mm 的最大位移，呈现逐渐增大的趋势，强化了墙体厚度对抗侧性能的显著影响。

图1 不同墙体厚度最大位移对比图

对比两种配筋方式，纵横交错的性能优势也得以体现。在每个墙体厚度下，采用纵横交错的墙体均显示出更大的位移。这进一步印证了纵横交错配筋方式对于提高抗侧性能的有效性。因此，结合荷载-位移曲线的综合观察，本研究坚定主张，在实际工程中，通过增加墙体厚度和采用纵横交错的配筋方式，可有效提升装配式预制混凝土墙体的抗侧性能，为结构整体稳定性提供可行途径。

4.2 墙体厚度与最大应变呈正相关关系

根据图2 可知，最大应变随墙体厚度变化的趋势，可得出结论：墙体厚度的增加伴随着最大应变的提高，表明墙体厚度与结构的变形性能存在正相关关系。

图2 不同墙体厚度最大应变对比图

在纵横交错配筋方式下，150mm、200mm、250mm厚度的墙体最大应变分别为0.003、0.004和0.005，呈逐渐增大的趋势。而在单向配筋方式下，对应墙体的最大应变为0.002、0.003和0.004。两种配筋方式下，墙体厚度的增加均导致了最大应变的上升，且纵横交错方式相对于单向配筋方式表现更为显著。

因此，本研究在最大应变方面的数据支持下得出结论：通过增加墙体厚度，尤其是采用纵横交错的配筋方式，可有效提高装配式预制混凝土墙体的变形性能，为墙体在受力时更好地保持整体稳定性提供了技术支持。

4.3 墙体厚度与最大加载力呈正相关关系

如图3所示，墙体厚度的增加与最大加载力的提高呈正相关关系，且纵横交错方式相对于单向配筋方式表现更为显著。在纵横交错配筋方式下，150mm、200mm、250mm 厚度的墙体最大加载力分别为122kN、154kN和180kN，呈逐渐增大的趋势。而在单向配筋方式下，对应墙体的最大加载力为100kN、133kN 和165kN。墙体厚度的增加导致了最大加载力的明显提升，而采用纵横交错方式的墙体相对更能承受更大的水平荷载。因此，本研究认为通过增加墙体厚度，尤其是采用纵横交错的配筋方式，能够显著提高装配式预制混凝土墙体的承载能力，为墙体在实际工程中更好地抵抗侧向荷载提供了实用的技术依据。

图3 不同墙体厚度最大加载力对比图

5 结语

（1）随着墙体厚度的增加，墙体的抗侧性能有所提升。250mm 厚度的墙体相比150mm 和200mm 墙体，在相同配筋方式下承受更大的侧向荷载。

（2）不同的配筋方式对墙体的抗侧性能产生显著影响，纵横交错的配筋方式在各墙体厚度下表现出色。

（3）随着墙体厚度的增加，最大位移、最大应变和最大加载力均呈现出相对一致的正向趋势，表明墙体厚度的提高对墙体整体性能有积极影响。