预制装配式混凝土剪力墙水平接缝抗震性能研究

李 贺 秦皇岛金洋建设集团有限公司

1 剪力墙水平接缝抗震性能试验设计

1.1 试件设计

在实验中设计了编号分别为XH-1，XH-2和XH-3共3个试件，其组成包括预制墙板、后浇带以及底部的预制基础梁。其中，基础梁截面高和宽分别为：500mm，900mm；预制墙的高、宽和厚度分别为：3500mm，1500mm，250mm。

墙体配筋：规格为L100×8、L100×14的通高角钢分别分配于上墙板和下墙板两侧，用端板（规格为210mm×140ms×14mm）在后浇带处对上角钢和下角钢进行焊接，并加强角钢的抗弯刚度。使用H型钢在上下墙板中部通过焊接进行连接。配置双层钢筋网，对于上墙板：竖向分布钢筋为8Φ10，水平分布筋两端100ms，中间部分为10@200。对于下墙板：竖向、水平分布筋同为12@100。需要说明的是，在预制构件生产时就对基础梁和下墙板整浇在一起。

1.2 加载方案和测试内容

（1）加载装置。整体加载装置包括：由反力架、抱梁、竖向和水平千斤项等设施，为保证竖向力与地面保持垂直作用，竖向千斤顶需随墙体顶部的水平位移而水平移动。

（2）加载制度。在试验中，加载方式采取低周往复式，即以稳定的力度施加竖向力直到预定值，在保持不变的前提下施加水平往复力。对三个试件施加的竖向轴力分别为：0kN、1500kN和3000kN。在进行水平作用力加载时：试件采用荷载来进行控制，各级荷载循环往复一次，直到名义屈服，然后则进行位移控制，循环往复三次，先后施加正反方向的推力。

（3）测试内容并设置测点。为获取水平位移值、基础梁水平位移值和水平荷载值，分别将位移计放在距离墙顶300mm处、基础梁处设置位移计和荷载传感器，通过数据采集系统获得获取位移值和荷载数据；针对应变测点进行型钢抗剪键和角钢处的布置；在实验过程中，需要随时观察并记录发生的裂缝和其发展状态，并在裂缝的附近描绘出裂缝的形状及相应的荷载值和循环圈数。

2 试验结果及分析

2.1 破坏过程及破坏形态

在零轴力下对试件XH-1进行水平力加载：开始时，用荷载控制方式施加水平作用力，当推力达到100kN时后浇带出现了水平裂缝；达到240kN时，下墙板预埋抗剪键的部位出现斜裂缝。当钢材屈服时，墙体顶点的水平位移为8mm左右。然后以位移控制的方式施加水平作用力，当水平位移达到60mm时水平力值为215kN，上墙板两端混凝土出现压溃并脱落现象，并压弯了一侧的角钢。XH-2在轴力1500kN的情况下施加300kN的水平力时，下墙板开始出现裂缝，逐渐将水平力加大到450kN时，钢材屈服，将加载制度改为位移控制；当水平位移值达到60mm时，上墙板抗剪键部位的混凝土出现鼓包起皮、墙体两端混凝土掉渣现象，下墙板两端小三棱柱体受压被破坏，受拉侧角钢断开，承载力急剧下降；XH-3在轴向力3000kN的时施加水平力并达到700kN，此时下墙板根部裂开，上墙板出现水平裂缝，后浇带处的裂缝扩展，钢材达到屈服状态，位移为8mm；随后采用位移控制的方式施加水平力，位移达到40mm时，受压侧下墙板混凝土压酥后出现部分脱落，端部垂直裂缝宽度加大现象，承载力开始下降，当水平位移值达到60mm时，拉断了受拉侧的下墙板角钢与端板之间的焊缝，且混凝土大块掉落。

2.2 滞回曲线及骨架曲线分析

通过实验得到三个试件的荷载-位移滞回曲线，及其在正向水平力作用下的荷载-位移骨架曲线，并进行分析。结果可证，在竖向轴力的作用下，水平推力相应的得到增大，在反复加载过程中斜裂缝的反复张开、闭合，严重降低了试件的受剪能力和刚度。这说明用型钢来连接墙体的水平缝的连接方式在抗震耗能方面比较有效。

2.3 承载力及耗能

抗剪承载力是衡量一个抗侧力构件强度的重要参考指标，能直接体现构件的实际承载能力。而构件的承载力在该实验中会因循环加载形成的疲劳破坏和累积损伤而受到影响。因此，同一批构件的加载制度需要保持一致，有利于对比试验结果。

用F代表各试件的极限承载力，EP代表其总耗能，并按照“荷载F-位移U”滞回曲线的外包络线所围成的面积对其进行计算，如表1所示。

表1 试件的极限承载力和耗能实测值

试件的荷载-位移骨架曲线和滞回曲线合称为试件的恢复力特征曲线，其可以有效地反映出构件的刚度、强度、延性和耗能能力等性能，对于分析构件抗震性具有重要的参考作用。三个试件的承载力曲线的比较。

XH-1的承载力曲线比较平缓，说明其可塑性变形能力很强，而极限承载力是最小的，竖向力对试件的极限承载力有明显的影响，且其在竖向轴力为0的情况下得出的极限承载力明显低于XH-3在竖向轴力为3000kN的情况下的得出的数值，原因是竖向力可以有效减弱试件在水平力下引起的弯矩，并增大了混凝土相互之间、与钢材之间的摩擦力，说明竖向轴力有利于试件的水平抗侧作用。

2.4 位移廷性系数

构件变形能力更能体现抗震构件抗震能力的好坏，而构件延性其变形能力的一个指标。分析3个试件的抗震试验结果，得出评价构件的抗震性能的主要参数指标，如表1所示。延性系数可通过位移延性系数来衡量，其计算公式如下：

其中，

Δμ——构件的极限位移数；

Δy——构件在屈服时的屈服位移值。

本文在定义配置型钢抗剪键的剪力墙的屈服值时，以构件达到75%的峰值强度时的割线刚度表示。

开裂荷载、屈服荷载和峰值荷载会随着轴压比的增大改善明显，证明轴向压力有利于构件的承载能力。GB 50011—2001《建筑抗震设计规范》规定剪力墙结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形验算，层间位移角限值分别为1/120，框架剪力墙层间位移角限值为1/100，层间位移角，即顶点位移与构件的高度的比值。

2.5 等效粘滞阻尼系数和刚度

等效粘滞阻尼系数：结构耗能能力可采用等效粘滞阻尼系数he的大小来体现，等效粘滞阻尼系数的计算方式如下式。

通过计算结果表明，构件的等效粘滞阻尼系数随着位移的增加而增长，也就是说，构件在反复的水平力下，构件向屈服以及损伤状态发展，构件的耗能能力表现显著。

刚度：刚度是指水平力与对应位移的比值。对实验得出各试件的刚度—顶点位移角关系曲线进行分析可得：3个试件的初始刚度相差的比较大，其刚度退化速度在名义屈服前较快，后期随着位移角的增大而降低衰减程度。

3 结语

本文针对预制装配式混凝土剪力墙水平接缝的抗震性进行研究，在实验中配置了型钢的预制装配式剪力墙的模型，通过分析试验结果得到了试件的荷载-位移滞回曲线及骨架曲线、位移延性系数和粘滞阻尼系数等参数，然后综合分析构件强度、变形能力和耗能鉴定构件的抗震性能，在不同轴压比下分析三个构件的破坏形态、变形能力和耗能能力的优劣，从预制墙板上下的斜裂缝数量、宽度总结破坏状态证明了型钢的预制装配式剪力墙试件具有良好的抗震能力，具有实用性

意义。