整体钢筋混凝土剪力墙构件破坏形态判定标准探讨

■肖启艳，李国太，郭阳明，劳晓春

■1.九江职业技术学院，江西 九江 332007;2.佛山市新城开发建设有限公司，广东 佛山 528000

对给定参数的整体钢筋混凝土剪力墙构件的破坏形态进行准确判定是进一步研究剪力墙结构在地震作用下的抗震性能及其基于性能的抗震设计的重要基础。剪力墙构件的破坏形态同时受外力作用和剪力墙构件本身配筋情况的影响，因此仅以剪跨比或弯剪比来判定剪力墙构件的破坏形态都是不符合实际情况的。本文详细阐述了各因素对剪力墙破坏形态的影响，分析了国内外76 片整体钢筋混凝土剪力墙的试验数据，综合考虑外力作用和剪力墙构件本身实际承载能力的影响，提出了以剪跨比λ、轴压比μ 和弯剪比m 三个参数判定整体钢筋混凝土剪力墙破坏形态的标准。

1 剪力墙破坏形态影响因素分析

(1)剪跨比。剪跨比是影响剪力墙构件破坏形态的一个重要因素。剪力墙构件剪跨比较小时以受剪为主，一般发生剪切破坏;剪跨比较大时以受弯为主，一般发生弯曲破坏;剪跨比居中时则以弯剪混合受力为主，易发生弯剪破坏。

(2)轴压比。轴压比μ 是剪力墙所受到的轴向力与其实际抗压能力的比值，轴压比的大小直接影响剪力墙的相对受压区高度的大小，其变化会影响剪力墙的破坏形态。试验表明［1］，轴压比较小的剪力墙构件在破坏前有足够的塑性变形，多表现为延性弯曲破坏或弯剪破坏;轴压比较大时，较大的轴向应力抑制了墙体裂缝的开展，裂缝还未开展墙体就已破坏，这类剪力墙破坏前无明显预兆，为脆性破坏。

(3)实际配筋的弯剪比。实际配筋的弯剪比是指根据实际配筋计算得到的剪力墙构件的抗弯能力与抗剪能力的比值(以下简称弯剪比)，可用以下公式表示:

式中:Mu、Vu—分别表示根据实际配筋计算得到截面抗弯能力和截面抗剪能力;H—剪力墙构件顶端施加水平荷载位置的高度。

弯剪比是影响剪力墙构件破坏形态的另一个重要的因素，实际的剪力墙构件同时承受着压、弯、剪三种作用，当剪力墙构件截面的实际抗弯能力明显大于抗剪能力时发生剪切破坏，当实际抗弯能力小于抗弯能力时则发生弯曲破坏，两者差不多时，可能发生弯剪破坏［2］。

(4)剪力墙构件约束情况及配筋。增强边缘构件的约束作用和增大边缘构件的纵向钢筋配筋率使剪力墙构件的弯剪比增大，易使剪力墙构件产生剪切破坏。增加约束区的配箍量可增强对压区混凝土的约束，降低受压区混凝土的破坏程度。配置一定数量的竖向分布筋可提高开裂后剪力墙的抗弯承载力，使裂缝数量增多而细，利于抗震。增加水平分布筋配筋率可减小弯剪比，使剪力墙构件避免发生斜拉破坏和剪压破坏两种剪切破坏。

剪力墙构件约束情况及配筋的变化最终都要反映到剪力墙构件弯剪比的变化上来，因此剪力墙构件约束情况及配筋对剪力墙构件破坏形态的影响可通过弯剪比这一参数来反映。

2 剪力墙构件破坏形态分析及现有判定标准

2.1 剪力墙构件破坏形态分析

剪力墙构件的破坏形态可分为剪切破坏、弯剪破坏和弯曲破坏三种类型。

低矮剪力墙构件及抗剪钢筋配置不足的剪力墙构件容易发生剪切破坏，剪切破坏包括斜拉破坏、剪压破坏、斜压破坏和剪切滑移破坏几种破坏模式。

弯剪型破坏是中高剪力墙构件常见的破坏形式，在弯矩和剪力的共同作用下，先在剪力墙构件底部出现两侧水平裂缝，然后水平裂缝向墙体中部发展成为弯剪斜裂缝，并向墙底延伸，在墙体中部形成明显的交叉斜裂缝。

弯曲破坏主要是因剪力墙构件底部受拉侧钢筋拉断或受压区混凝土压溃而破坏，可分为延性弯曲破坏和脆性弯曲破坏。轴压比较小时多为延性弯曲破坏。轴压比较大时多为脆性弯曲破坏。

2.2 现有的剪力墙构件破坏形态判定标准

(1)以剪跨比大小判定。文献［4］中认为:剪力墙构件的剪跨比λ＞2 时，发生弯曲破坏;剪跨比λ ＜1 时，发生剪切型破坏;剪跨比λ 介于1 到2 之间时，发生弯剪破坏。中国建筑科学研究院［5］1975 年做的钢筋混凝土剪力墙剪力墙试验中的剪跨比为3 的SW -14 试件，其混凝土强度及配筋都满足要求，但在试验过程中却发生了典型的剪压破坏。其他一些研究机构和学者所做试验也有类似情况出现，因此，单凭钢筋混凝土剪力墙剪力墙的剪跨比大小来判定其破坏形态并不可靠。

(2)以弯剪比大小判定。刘伯权等［2］用弯剪比来判定剪力墙的破坏形态，定义m ≤0.9 为弯曲型破坏、0.9 ＜m ≤1.1 为弯剪型破坏、m＞1.1 为剪切型破坏。有研究表明，对于满足抗剪承载力最小截面尺寸要求而剪跨比很小的顶部受水平集中力的整体钢筋混凝土剪力墙构件来说，其弯剪比很小的情况下仍有可能发生剪切破坏，因而单以弯剪比为标准来判定钢筋混凝土剪力墙剪力墙的破坏形态也是不可取的。

3 本文提出的标准

上述分析表明，仅以剪跨比或弯剪比来判定剪力墙构件的破坏形态不符合实际。剪力墙构件的破坏形态同时受外力作用及其本身截面和配筋的影响，剪跨比、轴压比和实际配筋的弯剪比对钢筋混凝土剪力墙剪力墙破坏形态影响较大，因此，本文将采用剪跨比λ、轴压比μ 和弯剪比m 来判定单片悬臂钢筋混凝土剪力墙剪力墙的破坏形态。

图1 剪力墙试件破坏形态与λ 和m 的关系

图2 2.0 ≤λ 时剪力墙试件破坏形态与μ 和m 的关系

图3 剪力墙试件破坏形态与λ 和μ 的关系

本文确定剪力墙构件的弯剪比m 时，Mu据《高规》［3］第7.2.8 节中对于偏心受压剪力墙在无地震作用组合时的相关公式进行计算;Vu则据第7.2.11 节中对于偏心受压剪力墙在无地震作用组合时的受剪承载力计算公式进行计算。本文收集了76 片国内外钢筋混凝土剪力墙剪力墙试件数据，在分析各因素对剪力墙构件破坏形态影响的基础上，结合剪力墙试验数据，进一步分析剪跨比、弯剪比和轴压比对剪力墙试件破坏形态的影响，如图1、图2、图3。由图1 可知:大部分剪跨比大于等于2.00 且弯剪比小于1.00 的剪力墙试件以弯曲破坏为主。剪跨比小于1.00 时，即使弯剪比小于1.00，剪力墙试件仍以剪切破坏为主;剪跨比小于2.00 且弯剪比大于1.00 时剪力墙试件以剪切破坏为主。不在上述情况中的剪力墙试件则以弯剪破坏为主。由图2 可知:2.0 ≤λ 时，弯剪比大于1.00 的剪力墙试件基本上以剪切破坏和弯剪破坏为主;μ ≤0.5 且m ≤0.9 的剪力墙试件基本以弯曲破坏为主;μ ＞0.5 且0.7 ＜m≤0.95 时剪力墙试件基本以弯剪破坏为主。由图3 可知:2.0 ≤λ 时，轴压比对剪力墙破坏形态的影响趋于明显。

表1 剪力墙构件破坏形态的判定标准

通过以上分析，偏于安全地考虑提出如表1 所示剪力墙构件破坏形态的判定标准。采用该判定标准对76 片剪力墙试件进行判定，发现判定结果与试验结果的吻合程度达80%以上。

4 结论

本文首先分析了各因素对整体剪力墙构件破坏形态的影响，得出剪跨比、轴压比和弯剪比三个参数对剪力墙构件的影响较大。然后对剪力墙构件的三种破坏类型进行了分析，指出了仅以剪跨比或弯剪比来判定剪力墙构件破坏形态存在的不足。最后通过对76 片整体剪力墙试件的试验数据进行分析，提出了以剪跨比、轴压比和弯剪比三个参数判定整体钢筋混凝土剪力墙破坏形态的标准，为较为准确地判定整体钢筋混凝土剪力墙构件破坏形态提供了参考。

［1］R.K.L.Su，S.M.Wong.Seismic behaviour of slender reinforced concrete shear walls under high axial load ratio［J］.Engineering Structures，2007，29(8):1957 -1965.

［2］刘伯权，钱国芳，童岳生.高层剪力墙的强度及变形性能的研究［J］.西安冶金建筑学院学报，1989，21(1):10 -18.

［3］JGJ 3 -2010 高层建筑混凝土结构技术规程［S］.北京:中国建筑工业出版社，2010.

［4］张誉.混凝土结构基本原理［M］.北京:中国建筑工业出版社，2000.

［5］中国建筑科学研究院，北京市建筑设计院等.钢筋混凝土剪力墙试验研究，1975.