混凝土剪力墙抗震性能试验研究

曾 倬 　 葛 华

(1.同济大学土木工程学院,上海　200092；　2.四川电力设计咨询有限公司，四川 成都　610041)

1　概述

为了研究比较现有建筑和老旧建筑钢筋混凝土剪力墙的抗震性能，基于“89”规范标准以及现行规范标准的构造，设计了不同构造措施的6片剪力墙构件进行荷载试验。本文实验中控制了不同的抗震构造、轴压比、高宽比等参数，得到构件的破坏形态、承载力、延性性能等各方面抗震性能，用来分析构造边缘构件和约束边缘构件剪力墙的抗震性能差异。

2　试验设计

本次试验共设计6片剪力墙，考虑两种不同的边缘构件配筋情况，再根据不同的轴压比及高宽比，每种边缘构件配筋情况设计3片剪力墙。约束边缘构件墙片，暗柱纵筋取4φ10，暗柱箍筋取φ6@100；构造边缘构件墙片，暗柱纵筋取4φ14，暗柱箍筋取φ6@150。墙片厚度统一取150 mm。混凝土强度等级为C30，钢筋强度等级均为HPB300，具体设计参数见表1。

表1　试件设计参数表

3　试验结果及分析

通过对6片一字型钢筋混凝土剪力墙试件的试验数据进行处理，得到试件墙顶水平力—水平位移滞回曲线、骨架曲线、墙端水平力及水平位移特征值、位移延性系数等，并对6片剪力墙试件墙顶水平力—位移滞回曲线及骨架曲线等作了简要的分析总结。

3.1　滞回曲线

试件W1～W6的滞回曲线如图1所示。可以看出，各个试件的滞回曲线表现出下列共同特点：

1)一开始试件的滞回曲线呈直线发展，包围面积较小，荷载和相应位移基本呈线性关系。

2)随着荷载的逐渐增大，滞回曲线出现明显非线性发展，大致呈“弓”形，且单位荷载下的位移增加愈发明显，导致滞回环内部面积增大，出现“捏拢效应”。即便撤除水平荷载，由于残余变形的存在，位移坐标依旧无法回归零值。

3)试件进入屈服阶段后，试件的承载力在到达极限强度之前依然能略微增加，而后承载力随位移的增加而逐渐降低，但大多数试件的承载力下降并不非常明显。各试件均出现明显的“捏拢效应”，钢筋和混凝土之间出现了一定的粘结滑移。

3.2　骨架曲线

试件W1～W6的滞回曲线得到的骨架曲线如图2所示。可以看出：加载位移较小时，荷载和相应位移基本呈线性关系，此时试件基本处于弹性状态；随着位移的增大，构件分别进入塑性、极限破坏的阶段；由于核心混凝土的开裂、压碎，钢筋的屈服、屈曲为从局部向整体逐渐扩展的渐进过程，因此图中并没有发现明显的拐点与屈服点。

3.3　强度和变形特征值

试件W1～W6峰值荷载与屈服荷载的比值如表2所示，说明试件偏于安全。而由于不同试件的设计依据、高宽比以及轴压比的不同，其对应的安全储备也有较大差距。

表2　试件W1～W6墙顶水平力及水平位移特征值

试件编号加载方向屈服峰值破坏Vy/kNΔy/mmVu/kNΔu/mmVd/kNΔd/mmVu/VyVu/Vy均值W1+191.839.02243.3727.50206.8646.591.27-176.177.87231.3831.82196.6848.371.311.29W2+226.0315.36301.5238.48256.3052.961.33-228.8814.90308.5640.58262.2754.261.351.34W3+295.1811.44363.3424.48308.8436.731.23-288.499.8353.3227.92300.3239.121.221.23W4+337.2211.65423.2623.12359.7733.711.26-369.7015.34434.6126.00369.4233.871.181.22W5+384.4511.28472.2521.58401.4127.571.23-353.3110.36427.5122363.3828.181.211.22W6+501.2813.66577.2625.25490.6728.571.15-454.8312.16524.8121.64446.0927.381.151.15注:Δy为屈服位移;Vy为屈服荷载;Δu为峰值位移;Vu为峰值荷载;Δd为破坏位移;Vd为破坏荷载

表3　墙顶位移延性及变形性能

3.4　延性和变形性能

试件W1～W6的延性系数介于2.17～5.66，位移延性系数均大于2，表明6片剪力墙延性均较好，其屈服后具有较好的变形能力。由于试件的设计依据、高宽比以及轴压比的不同，各个试件的变形能力有较大差距，见表3。

4　结语

通过对依据现行规范和“89”规范设计的试件实验结果进行对比，得出以下结论：

1)依据“89”系列规范设计的墙体(设置构造边缘构件)和依据现行规范设计的墙体(设置约束边缘构件)都具有较好的抗震性能。

2)设置约束边缘构件相比于设置构造边缘构件可以更有效的加强对剪力墙的角部易损部位的约束，增大边缘混凝土的抗压强度，从而提高剪力墙的极限水平承载力。

3)边缘构件内纵筋配筋量的增加能够非常显著的提高单次循环滞回耗能能力，边缘构件内纵筋配筋率较大而箍筋较稀(配箍率小)的试件单次循环滞回耗能能力高于边缘构件内纵筋配筋率较小而箍筋较密的试件，因此可以通过提高剪力墙抗震承载能力来弥补构造不足带来的延性不利影响，达到以承载力换延性的目的。

4)随加载轴压比的增大，剪力墙的水平极限承载力增大，延性性能降低，刚度退化程度加剧，耗能效率提高，单次循环滞回耗能能力变化不明显。因此现行规范对剪力墙的轴压比作出要求，避免轴压比过大带来的承载力不利影响。

5)随剪跨比的增大，剪力墙的水平极限承载力减小，延性性能提高，刚度退化程度放缓，耗能效率降低，单次循环滞回耗能能力降低。因此现行规范建议，剪力墙宜设计成高宽比大于2的细高墙，以满足延性破坏的要求。

总的来说：对于现有建筑，剪力墙的构造不满足现行规范的要求，但只要抗震承载力有足够富余，就可以以剪力墙抗震承载能力来弥补构造不足带来的不利影响，达到以承载力换延性的目的。