帶現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件的預(yù)制雙向孔模板剪力墻受力性能試驗(yàn)研究

趙欽艷,崔會(huì)趁,張中勇,劉繼良,初明進(jìn)

(煙臺(tái)大學(xué)土木工程學(xué)院,山東 煙臺(tái) 264005)

據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)住宅在建造和使用過(guò)程中的總耗能約占全國(guó)總耗能的37%左右,是發(fā)達(dá)國(guó)家的二三倍．2006年6月21日,建設(shè)部頒布《國(guó)家住宅產(chǎn)業(yè)化基地實(shí)施大綱》,推動(dòng)住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,目前已建立32個(gè)國(guó)家住宅產(chǎn)業(yè)化基地,今后將是住宅產(chǎn)業(yè)化大行其道的時(shí)代[1-2]．預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)件在工廠制作,構(gòu)件質(zhì)量好,生產(chǎn)效率高,可縮短施工周期,減少現(xiàn)場(chǎng)工程量,采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化的有效途徑[3-6]．

裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系以其標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、機(jī)械化等優(yōu)點(diǎn)在住宅產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用．預(yù)制雙向孔模板剪力墻結(jié)構(gòu)是一種新型裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系,裝配單元是預(yù)制混凝土空心模(以下簡(jiǎn)稱(chēng)空心模),空心模內(nèi)部開(kāi)有縱、橫雙向交叉貫通圓孔,施工時(shí)可以將空心模吊裝就位,在橫向孔中布置水平鋼筋,縱向孔洞內(nèi)布置縱向鋼筋,縱、橫向孔內(nèi)澆筑混凝土,形成整體結(jié)構(gòu)．新型剪力墻結(jié)構(gòu)具有構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、運(yùn)輸?shù)跹b方便、結(jié)構(gòu)整體性好等優(yōu)點(diǎn)．

為推動(dòng)預(yù)制雙向孔模板剪力墻結(jié)構(gòu)在住宅建筑中推廣應(yīng)用,進(jìn)行了一片鋼筋混凝土對(duì)比剪力墻和一片帶現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件的預(yù)制雙向孔模板剪力墻的擬靜力試驗(yàn),研究新型結(jié)構(gòu)的抗震性能．

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件制作

圖1 試件尺寸及配筋

在工廠統(tǒng)一制作2 700 mm×1 180 mm×180 mm的標(biāo)準(zhǔn)空心模,運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后按照試件尺寸進(jìn)行鑿邊．將鑿邊后空心模吊裝就位,在孔洞和邊緣構(gòu)件澆筑混凝土使之成為整片剪力墻．試件制作過(guò)程如圖2所示．

圖2 試件裝配

實(shí)驗(yàn)測(cè)得混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值[7]如表1所示．試件邊緣構(gòu)件縱筋、空心模水平孔內(nèi)后插鋼筋和地梁插筋采用HRB400,空心模分布筋和邊緣構(gòu)件箍筋采用HPB235鋼筋,實(shí)驗(yàn)測(cè)得鋼筋屈服強(qiáng)度極限抗拉強(qiáng)度[8]見(jiàn)表2．

1.2 加載方案

對(duì)剪力墻進(jìn)行水平低周反復(fù)加載試驗(yàn),加載裝置如圖3所示．試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)先由豎向千斤頂按軸壓比施加一豎向荷載,在試驗(yàn)過(guò)程中保持不變;然后由水平伺服作動(dòng)器施加水平反復(fù)荷載．水平加載開(kāi)始時(shí)采用荷載控制,每級(jí)荷載循環(huán)1次;試件滯回曲線(xiàn)上出現(xiàn)明顯彎折點(diǎn)之后采用位移控制,每級(jí)控制位移循環(huán)2次[9]．

表1 混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值

表2 鋼筋實(shí)測(cè)強(qiáng)度

圖3 試驗(yàn)加載裝置

1.3 測(cè)量方案

采用荷載傳感器測(cè)量豎向千斤頂及水平伺服作動(dòng)器的荷載．采用位移計(jì)及導(dǎo)桿引伸儀測(cè)量試件水平位移、豎向位移、宏觀豎向裂縫兩側(cè)的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)和水平張開(kāi)、空心模與現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件之間的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)和水平張開(kāi)、地梁的水平移動(dòng)和豎向位移等,位移計(jì)布置如圖4(a)所示．采用電阻應(yīng)變片測(cè)量邊緣縱筋、水平受力鋼筋、插筋應(yīng)變,應(yīng)變片布置如圖4(b)所示．采用DH3816N靜態(tài)采集系統(tǒng)對(duì)荷載、位移、應(yīng)變等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控．

圖4 試件測(cè)點(diǎn)布置圖

2 破壞過(guò)程

2.1 鋼筋混凝土構(gòu)件SW0

當(dāng)水平荷載達(dá)到-345 kN和+400 kN時(shí),試件墻根部出現(xiàn)水平裂縫1、2,寬度緩慢增大,如圖5(a)所示;水平荷載達(dá)到+530 kN時(shí)出現(xiàn)第一條斜裂縫1,試件滯回曲線(xiàn)上出現(xiàn)明顯彎折點(diǎn),試驗(yàn)加載改為位移控制,此時(shí)加載點(diǎn)位移角為1/300;荷載-450 kN時(shí)出現(xiàn)斜裂縫2．隨著控制位移增加,試件出現(xiàn)較多斜裂縫．當(dāng)加載點(diǎn)位移角為1/193時(shí)出現(xiàn)貫通整面墻的對(duì)角斜裂縫1,反向加載時(shí)斜裂縫無(wú)法閉合．當(dāng)加載點(diǎn)位移角為1/137時(shí),試件達(dá)到峰值荷載+915.11 kN和-1 014.84 kN,對(duì)角斜裂縫1寬度急劇增大到2.5 mm,出現(xiàn)貫通整面墻的對(duì)角斜裂縫2．當(dāng)位移角為1/68,對(duì)角斜裂縫1的急劇增大,試件喪失豎向和水平承載力,發(fā)生脆性剪切破壞．

2.2 預(yù)制雙向孔模板剪力墻SW1-2

當(dāng)水平荷載達(dá)到-335 kN和+400 kN時(shí)墻根部出現(xiàn)水平裂縫1、2,如圖5(b);荷載達(dá)到-470 kN和+487 kN時(shí)出現(xiàn)斜裂縫1、2;當(dāng)荷載達(dá)到+524 kN和-720 kN時(shí)墻體沿空心模豎向孔洞部位出現(xiàn)微細(xì)斜裂縫,雙向交錯(cuò)形成宏觀豎向裂縫1;水平荷載-633 kN和+538 kN時(shí)出現(xiàn)宏觀豎向裂縫2,荷載為-707 kN和+553 kN時(shí)出現(xiàn)宏觀豎向裂縫3,荷載為-738 kN和+540 kN時(shí)出現(xiàn)宏觀豎向裂縫4．隨著加載進(jìn)行,斜裂縫不斷開(kāi)展,邊緣構(gòu)件與墻體交界出現(xiàn)豎向裂縫．當(dāng)控制位移角為1/97時(shí),試件達(dá)到峰值荷載+1 083.33 kN和-960.56 kN,此時(shí)試件宏觀豎向裂縫兩側(cè)混凝土和邊緣構(gòu)件與空心模交界面豎向相對(duì)錯(cuò)動(dòng)變形和水平張開(kāi)變形突然增大,宏觀豎向裂縫處起皮、掉渣,聽(tīng)到細(xì)小的開(kāi)裂響聲．控制位移角為1/47時(shí),邊緣構(gòu)件與墻體交界裂縫處掉渣,宏觀豎向裂縫處混凝土剝落嚴(yán)重,如圖5(c)．此時(shí)試件水平承載力降低到峰值荷載的50%以下,依然保持豎向承載力,試驗(yàn)結(jié)束．

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 滯回曲線(xiàn)

試件SW0、SW1-2的頂點(diǎn)水平荷載-位移滯回曲線(xiàn)如圖6(a)、(b)所示．SW0在達(dá)到峰值荷載之前,試件滯回曲線(xiàn)無(wú)捏攏;達(dá)到峰值荷載時(shí),試件突然破壞,承載力急劇下降．SW1在達(dá)到峰值荷載之前,試件滯回曲線(xiàn)輕微捏攏;峰值荷載之后,試件仍有較大的變形能力．根據(jù)試驗(yàn)所得的滯回曲線(xiàn)繪制SW0和SW1-2的骨架曲線(xiàn)如圖6(c)所示,在加載初期,SW0和SW1-2骨架曲線(xiàn)幾乎重合,表明在彈性階段,預(yù)制雙向孔模板剪力墻中空心模與后澆混凝土結(jié)合良好,可作為整體結(jié)構(gòu)共同受力．

圖5 試件破壞形態(tài)

圖6 頂點(diǎn)水平荷載-位移關(guān)系曲線(xiàn)

3.2 承載力分析

采用能量等值法[10]確定試件的名義屈服點(diǎn),極限點(diǎn)取為骨架曲線(xiàn)上荷載下降到峰值荷載85%所對(duì)應(yīng)點(diǎn)．對(duì)于SW0,極限點(diǎn)取峰值荷載點(diǎn)．能量等值法如圖7,采用理想彈塑性曲線(xiàn)來(lái)代替試驗(yàn)水平荷載-頂點(diǎn)位移骨架曲線(xiàn),彈塑性曲線(xiàn)上oY-YU與骨架曲線(xiàn)oABU所圍面積相等．試件各關(guān)鍵點(diǎn)荷載、位移特性以及位移延性系數(shù)如表3所示．按能量等值法確定屈服荷載為Fy,對(duì)應(yīng)屈服位移Δy;Fm為試件的峰值荷載,對(duì)應(yīng)峰值位移Δm;Fu是試件極限荷載,對(duì)應(yīng)極限位移Δu,Δu/Δy為位移延性系數(shù)．

圖7 能量等值法

SW1-2的屈服荷載比SW0的高2.57%, SW1-2的極限剪壓比比SW0低4.7%．可知預(yù)制雙向孔模板剪力墻的承載能力有所降低,但SW1-2的位移延性系數(shù)接近4,延性較好．SW0在峰值荷載時(shí)突然發(fā)生脆性破壞,因此預(yù)制雙向孔模板剪力墻具有良好的變形能力．

表3 關(guān)鍵點(diǎn)信息及延性系數(shù)

3.3 割線(xiàn)剛度退化

試件割線(xiàn)剛度變化曲線(xiàn)如圖8,可見(jiàn)預(yù)制雙向孔模板剪力墻的割線(xiàn)剛度略低于鋼筋混凝土剪力墻;試件屈服前,割線(xiàn)剛度退化速率一致．

3.4 變形分布

試驗(yàn)中測(cè)量試件距地梁頂面240 mm、600 mm、1 200 mm及1 980 mm處的水平位移,繪出試件各循環(huán)沿墻高水平位移分布圖[11],如圖9所示．在加載初期,SW1-2水平位移分布為彎曲形,隨著控制位移增加,墻體變形曲線(xiàn)演變?yōu)閺澕粜?而SW0水平位移分布為彎曲型．

圖8 試件割線(xiàn)剛度退化曲線(xiàn)

圖9 水平位移沿墻高分布

4 結(jié) 論

預(yù)制雙向孔模板剪力墻結(jié)構(gòu)是一種新型的裝配整體式剪力墻,本文通過(guò)一片現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻和一片預(yù)制雙向孔模板剪力墻的擬靜力試驗(yàn)研究,研究了新型剪力墻的受力性能,研究表明:不同于鋼筋混凝土剪力墻發(fā)生脆性剪切破壞,新型剪力墻在水平荷載作用下沿空心模豎向孔洞出現(xiàn)宏觀豎向裂縫,避免了脆性剪切破壞,具有良好的變形能力,極限承載力比鋼筋混凝土剪力墻降低;新型剪力墻在彈性階段空心模和后澆混凝土能夠共同工作,隨著水平荷載增加,其變形曲線(xiàn)有彎曲形演變?yōu)閺澕粜停?/p>

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