绿色复合剪力墙偏心受压承载力性能研究

牛少儒 丁锐

摘 要：本文通过对2组4个试验墙片的试验，对绿色复合剪力墙的大、小偏心受压破坏过程、破坏性能、极限荷载等力学性能进行研究，同时与普通剪力墙进行对比，研究结果表明绿色复合剪力墙具有较好的承载能力和整体协调工作能力，能满足承载力要求。

关键词：绿色复合剪力墙；力学性能；承载力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.105

1 研究背景

我国作为一个建筑大国，建筑耗能居高不下，为改善建筑能耗，建筑行业大力推行绿色节能建筑，建筑节能与绿色建筑发展“十二五”规划指出：大力开展住宅产业化，积极推广适合工业化生产的新型建筑体系，加快形成预制装配式混凝土结构等工业化建筑体系；加快绿色建筑核心技术体系研究，推动规模化技术集成与示范。基于这样的背景，展开了对绿色复合剪力墙性能的研究。

清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室研究了绿色复合剪力墙结构的轴心受压承载力，全国各地就复合剪力墙的设计、施工等陆续展开研究。大部分研究集中在计算方法、节能设计、施工方法等方面，对其墙体力学性能的研究较少，本文集中研究绿色复合剪力墙的偏心受压性能。

2 试验设计

设计2片绿色复合剪力墙和2片对比用的普通剪力墙。试验墙片设计时根据高度、宽度相同，厚度方向混凝土厚度相同，配筋率相同的原则进行设计。绿色复合剪力墙尺寸选用高度*宽度*高度=1500mm*1000mm*200mm，普通剪力墙尺寸选用高度*宽度*高度=1500mm*1000mm*140mm。根据《复合保温钢筋焊接网架混凝土剪力墙技术规程》DBJ03-24-2011规定，绿色复合剪力墙配筋采用ф3@50钢筋网片；普通剪力墙配筋为ф6@200钢筋网片；配筋率都为2.02%。混凝土选用C30。

试验采用5000KN加载系统，通过设置刀口支座控制荷载作用线与试件轴心线之间的距离，实现大偏压和小偏压的受压特点。采用连续单调的加载方案，加载分为预加载和正式加载两个阶段。

3 开裂荷载、极限荷载研究

根据《高层建筑混凝土结构设计规程》（JGJ3-2010），绿色复合剪力墙和普通剪力墙的开裂荷载用公式1计算：

（1）

极限荷载运用大偏心受压极限荷载用2、3公式计算：

（2）

（3）

开裂荷载及极限荷载的计算结果见表1，用C-1表示绿色复合剪力墙大偏心受压试件，用S-1表示普通剪力墙大偏心受压试件，用C-2表示绿色复合剪力墙小偏心受压试件，用S-2表示普通剪力墙小偏心受压试件。

由上表分析可知：

第一，大偏心工况下绿色复合墙体的实测开裂荷载与计算开裂荷载基本一致，绿色复合墙体的实测极限荷载与计算极限荷载基本一致。说明复合剪力墙体可以用该方法计算其开裂荷载和极限荷载。

第二，在大、小偏心工况下，绿色復合剪力墙的计算开裂荷载比普通剪力墙2%、4%。实验测得的开裂比普通剪力墙大5%；绿色复合剪力墙的计算极限荷载较对比普通剪力墙大3%、4%，实验测得绿色复合剪力墙的极限荷载较普通剪力墙大5%。这是因为新型复合剪力墙中间有一定厚度的保温层，并有钢筋和斜插筋将其中间保温层与两侧墙体相连，形成整体墙片，所以试验时受力的实际截面面积大于理论计算面积，导致其实测荷载值大于理论计算值。

第三，小偏心工况下绿色复合剪力墙的实测开裂荷载、极限荷载与计算开裂荷载、极限荷载基本一致，说明复合剪力墙体可以用该方法计算其开裂荷载和极限荷载。

4 大偏心受压过程研究

绿色复合剪力墙在大偏心受压荷载作用下，实验破坏过程分为三个阶段：

第一阶段——弹性阶段：绿色复合墙体在竖向荷载达到250KN之前，墙体正面和侧面没有出现裂缝。当竖向荷载达到250KN时，墙面出现第一道裂缝，竖向荷载即将达到560KN之前，墙面又先后出现三条裂缝。根据试验中绿色复合剪力墙钢筋网片的荷载-应变曲线图和混凝土的荷载-应变曲线图可知，该阶段钢筋和混凝土的应变的增加和荷载的增加基本成正比。

第二阶段——弹塑性阶段：绿色复合墙体在竖向荷载达到700KN之前，没有新的裂缝出现，但是已出现的裂缝宽度却逐渐增加。根据试验中绿色复合剪力墙钢筋网片的荷载-应变曲线图和混凝土的荷载-应变曲线图可知，可知钢筋和混凝土的荷载-应变曲线呈曲线状态；相同荷载下钢筋的压应变比混凝土的压应变增加的快；说明墙体进入弹塑性阶段。当加载到1000KN时，墙面又出现了新的裂缝，但裂缝的宽度没有显著增大。当加载到1100KN时，墙面裂缝不断增加，裂缝宽度变大，墙体有明显裂缝破坏现象。

第三阶段——破坏阶段：绿色复合墙体在竖向荷载1250KN之前，墙体侧面出现较长裂缝。随着竖向荷载的增加，墙体裂缝逐渐贯通，裂缝宽度明显变宽，钢筋和混凝土的压应变显著增大。当竖向荷载加载到1400KN时，试验墙体有轻微破裂声，裂缝宽度显著变大，混凝土被压碎，钢筋变形，试件破坏。

5 小偏心受压过程研究

绿色复合剪力墙在小偏心受压荷载作用下，实验破坏过程分为三个阶段：

第一阶段——弹性阶段：竖向荷载达到420KN之前，墙体两面出现少量细微裂缝，随着竖向荷载增大，竖向裂缝数量逐渐增加。当竖向荷载达到750KN时，细微裂缝逐渐延伸，形成细微贯通裂缝，对墙体的刚度影响极小，根据试验中绿色复合剪力墙钢筋网片的荷载-应变曲线图和混凝土的荷载-应变曲线图可知，该阶段钢筋和混凝土的应变的增加和荷载的增加基本成正比。

第二阶段——弹塑性阶段：随着竖向荷载的增加，竖向裂缝不断增加，不断向上向下延伸。根据试验中绿色复合剪力墙钢筋网片的荷载-应变曲线图和混凝土的荷载-应变曲线图可知钢筋和混凝土的荷载-应变曲线呈曲线状态，说明墙体进入弹塑性阶段。当竖向荷载达到1550KN时，墙体较薄一侧首先出现竖向的贯通裂缝。荷载继续增加，薄侧面的裂缝稍有缓慢加宽，墙体较厚一侧的混凝土裂缝也逐渐扩展，向贯通裂缝发展。当竖向荷载超过1600KN时，试验墙体的承载力上升缓慢。

第三阶段——破坏阶段：当竖向荷载超过1650KN后，试验墙体侧面出现裂缝，墙体较厚一侧也出现了贯通裂缝，并且裂缝宽度逐渐加大。墙体混凝土被压碎，伴有表面细小混凝土剥落现象。当竖向荷载加载到1900KN时，出现爆裂声响，混凝土破裂，钢筋突然急速变形，试件破坏。

6 结论

通过研究得出以下结论：

（1）绿色复合墙体的破坏形态分为三个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。绿色复合墙体能更好的分配荷载，协调变形；随着偏心距的增加，裂缝也随着受力向墙体边缘移动，极限荷载也随着减小。

（2）绿色复合剪力墙的开裂荷载、极限荷载实测值与计算值相近，说明绿色复合剪力墙的承载力可以用普通剪力墙公式进行计算。

（3）绿色复合剪力墙的开裂荷载比普通剪力墙的大，随着偏心距的增加，开裂荷载减小；绿色复合剪力墙比普通剪力墙的实测极限荷载大5%。随着偏心距增大，极限荷载明显减小。说明绿色复合剪力墙在承载力方面满足结构要求。

参考文献：

[1]GB50010—2010 混凝土结构设计规范[S].2010.

[2]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].2010.

[3]王凤来，李新.配筋砌块短肢砌体剪力墙偏压承载力试验[J]. 哈尔滨工业大学学报，2008，40（10）：1527-1531.

[4]GB/T 50152—2012 混凝土结构试验方法标准[S].2012.

内蒙古自治区高等学校科学研究项目，项目编号NJZC14347