预制夹芯保温L形剪力墙低周反复加载试验（建筑）

                           宋  歌¹，  王  勇²

  （1上海理工大学环境与建筑学院，上海200093；2上海理工大学艺术设计系，上海200093）

[摘要]  为研究预制夹芯保温L形剪力墙在低周反复荷载作用下的受力性能、破坏特点和抗震性能，对4个夹芯保温L形剪力墙试件（3个为全预制试件，1个为现浇对比试件）进行拟静力试验，研究各个试件的破坏形态、承载能力、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化及耗能能力。试验结果表明：轴压比对预制夹芯保温L形剪力墙抗震性能的影响明显；预制夹芯保温L形剪力墙具有良好的抗震性能，可代替现浇夹芯保温剪力墙用于实际工程中。

[关键词]预制夹芯保温剪力墙；L形截面；低周反复荷载；抗震性能

中图分类号：TU375  文章编号：1002-848X( 2016)10-0020-04

0  引言

    1994年，住宅产业化的概念被正式提出，继而政府出台了一系列关于促进住宅产业化发展的鼓励政策。此后，我国出现了较多的关于预制剪力墙的研究成果。钱稼茹等通过对预制钢筋混凝土剪力墙进行拟静力试验，发现全预制、部分预制试件与全现浇试件的最终破坏形态基本一致，破坏时的耗能能力及等效刚度皆小于全现浇试件。郭正兴等通过试验研究发现，与现浇试件相比，预制装配式试件的延性、承载力均有所提高，耗能能力、刚度相近，两者的抗震性能相当。

    通过整理国内外的相关文献可以看出，目前学者们对于预制装配式剪力墙的研究大多侧重于剪力墙整体性能、墙板接缝以及节点连接等方面。预制剪力墙结构体系具有形式多样化、抗震性能不稳定等特点，因而仍需对其进行更加深入的研究，以促进该结构体系在我国大范围的推广、应用。

1  试验介绍

1.1试验目的

    通过拟静力试验，分析夹芯保温材料的预制剪力墙在低周反复荷载作用下的受力性能及破坏特点，并结合试验结果分析其抗震性能，比较预制构件与现浇构件的差异，判断预制夹芯保温剪力墙在实际结构中应用的可行性。

1.2试件信息

    试验共设计了4个L形剪力墙试件，其中包括3个全预制保温剪力墙试件(编号分别为YZ-A1，YZ-A2，YZ-A3)及1个全现浇对比剪力墙试件（编号为XJ-A1）。各剪力墙试件的外形尺寸相同：墙长1 800mm，墙厚200mm，翼墙厚300mm，由于实验室空间条件限制，剪力墙身净高设为2 500m。试件的墙长与实际工程的窗间墙长相同，且墙厚符合《建筑抗震设计规范》( GB 50010-2010)规定的一级抗震墙结构最小墙厚的规定。各试件的剪跨比均为1.55，试件立面及剖面如图1所示。

    试验所采用的结构材料主要为普通商品混凝土和钢筋，混凝土强度等级为C30，钢筋等级为HRB400。各试件加载顶梁、底座梁与剪力墙采用同强度等级混凝土及钢筋，各试件轴压比及配筋见表1。

    制作试件时，同批次材料中预留100×100×300混凝土棱柱体试块和150×150×150混凝土立方体试块各6块，前者用于测量混凝土的弹性模量与轴心抗压强度，后者用于测量混凝土抗压强度。此外，不同规格的钢筋各预留3根长度为450mm的试样。通过材料性能试验，测得预制剪力墙试件所用混凝土的立方体抗压强度标准值为27. 7MPa，轴心抗压强度标准值为23. 8MPa，弹性模量为3.35×104 N/mm²，现浇剪力墙试件所用混凝土的立方体抗压强度标准值为27. 7MPa，轴心抗压强度标准值为19. 7MPa，弹性模量为2.90×10⁴ N/mm²。各试件所用钢筋的实际强度值如表2所示。

1.3测点布置

    试验用位移计、引伸仪以及应变片布置如图2，3所示。沿作动器方向在试件上、中、下部分别设置水平位移计D1，D2，D3测量墙体的水平位移；在试件左、右两侧分别布置位移计D6，D7测量墙体的竖向位移。在墙体对角线处分别设置引伸仪D4，D5测量墙体的剪切变形。此外，为考察墙体关键部位的塑性发展，各试件中布置了多个电阻应变片。

1.4加载设备及加载设计

    试验设备如图4所示，将试件置于设备反力架内，水平往复力由SCHENCK点液伺服加载器施加，而轴向压力由并排倒置于墙体顶面的千斤顶施加。为保证试件顶面均匀受压，在试件顶部安置加载梁，并将千斤顶与反力架通过滑轮进行连接，以减小摩擦力。

    本次试验采用拟静力试验，加载时首先施加竖向荷载至计算值1200kN，试验过程中保持不变。然后施加水平荷载，并通过顶端位移对其进行控制，加载程序示意图如图5所示。水平加载分两个阶段进行：弹性位移阶段每级增加1mm，并往复循环一次；进入屈服阶段后，以2mm的级差对试件进行往复加载，每级循环3次。荷载降至峰值荷载的85%或试件破坏时停止加载。此外，试验进行过程中，应尽量保持加载、卸载速率一致，以保证加载的反复性与连续性。

2  试验结果及分析

2.1试件破坏过程

    预制试件与现浇试件的破坏形态相似：为压弯破坏，即端部边缘构件竖向受力钢筋与分布钢筋受力屈服，试件两端底部混凝土被压碎或压溃剥落，且墙体均未出现整体剪切滑移现象。

    (1)弹性变形阶段：加载初期，各试件处于弹性状态，表面未出现裂缝，P-A曲线呈线性变化，加载一位移与卸载一位移曲线基本重合。

    (2)裂缝开展阶段：继续加载时，各试件底部边缘处开始出现零星、分散的水平裂缝，此时，所有裂缝在水平力卸载后基本都能闭合。控制加载至10mm时，从边缘构件处的钢筋应变片读数综合考虑了P-A骨架曲线的斜率判断试件进入了屈服阶段。随着荷载的增加，试件表面水平裂缝不断向斜上方延伸、开展、贯通，并逐渐形成沿墙对角线方向的交叉主裂缝。

    (3)达到峰值荷载：当试件表面除主裂缝继续延伸、加宽外，再无其他新的裂缝产生时水平推力达到峰值，P-A曲线进入下降段。试件YA-A3与试件XJ-A1下部表面混凝土开始剥落，试件YZ-A1与试件YZ-A2墙身表面裂缝继续增加。

    (4)降至85%峰值荷载：各试件的破坏形态如图6所示，现浇试件墙身混凝土大面积压碎剥落，最大裂缝达到5mm宽，大量钢筋压弯屈服并鼓出；预制试件底部混凝土剥落严重，纵向钢筋屈服，此外，试件YZ-A3墙身混凝土出现较大面积剥落，背部钢筋屈服。

2.2承载力与延性系数

    各试件在低周反复荷载作用下不同阶段的荷载、位移值及延性系数如表3所示。由表可知：各试件均有良好的延性；与试件XJ-A1相比，预制试件YZ-A3的承载能力更高、延性更好；轴压比增加，试件的承载能力会有所提高，而延性会降低。

2.3滞回曲线

    各试件的顶点荷载．位移滞回曲线如图7所示。由图可知：试件开裂前，滞回曲线为直线，环带面积小，荷载、位移呈线性关系，试件处于弹性阶段，且卸载后试件无残余变形，刚度基本无变化；试件开裂后，荷载、位移为非线性关系，位移增速大于荷载增速，滞回曲线弯曲，试件进入塑性阶段，荷载继续增加，环带面积增大，滞回环愈见饱满，试件耗能能力增加；试件达到极限荷载后，承载力下降，残余变形增加，刚度退化显著。对比试件YZ-A1，YZ-A2，YZ-A3的滞回曲线可以看出，轴压比越小，试件滞回曲线越饱满，耗能能力越好；轴压比相同时，预制试件的滞回曲线比较饱满，裂缝发展更充分，具有较好的延性与耗能能力。

2.4骨架曲线

    各试件的顶点荷载，位移骨架曲线如图8所示。由图可知：弹性阶段，各试件的骨架曲线近似直线，荷载与位移为线性关系；弹塑性阶段，各试件的骨架曲线发展平缓，试件YZ-A1，YZ-A2，YZ-A3没有明显下降趋势，试件XJ-A1在塑性阶段后期呈现出下降趋势。试件YZ-A3与试件XJ-A1在承载力方面没有明显差别，而在极限位移方面有较大差异（前者的极限位移大于后者），此外，试验后期试件YZ-A3裂缝均匀布满墙体，而试件XJ-A1受压区混凝土被压溃。因而相同轴压比情况下，全预制试件具有更好的变形能力与耗能能力。

2.5刚度退化曲线

    为方便问题研究，选用割线刚度K来代替切线刚度。各试件的刚度退化曲线如图9所示。由图可知，各试件刚度退化趋势基本一致：加载初期墙体刚度退化明显，中后期墙体刚度退化趋势趋于平缓。造成这种现象的原因是：加载初期，试件的混凝土被压碎、破坏，进而导致刚度显著退化；随着荷载的不断加大，试件的边缘钢筋逐渐屈服、断裂，因而试件的刚度退化趋势趋于平缓。对比3组预制试件可看出，轴压比越小，试件刚度退化越缓慢。相同轴压比的全预制试件YZ-A3与现浇试件XJ-A1的刚度退化趋势大致相同，衰减程度相近。

2.6耗能能力

    依据《建筑抗震试验方法规程》( JGJ 101-1996)中的相关规定，通过计算得到各试件的，

E，h_e值（表4），并以此为依据判断各组试件的耗能能力。由表4可知：轴压比增大会降低试件的耗能能力，轴压比相同的全预制试件YZ-A3与现浇试件XJ-A1的耗能能力相当。

3  结论

    (1)轴压比对预制夹芯保温剪力墙抗震性能具有较大的影响：随着轴压比的增加，预制试件的承载能力有所增强，但延性与耗能能力会降低，且刚度退化趋势加快。

    (2)轴压比相同的预制试件与现浇试件的破坏形态相似，皆为边缘竖向钢筋受拉屈服、试件根部混凝土压弯破坏；刚度退化趋势基本一致，衰减程度相近；预制试件的承载能力更高、延性更好，具有更好的耗能能力与变形能力。因而预制夹芯保温剪力墙具有良好的抗震性能，可代替现浇夹芯保温剪力墙用于实际工程中。