綠色復(fù)合剪力墻偏心受壓承載力性能研究

牛少儒 丁銳

摘 要：本文通過對(duì)2組4個(gè)試驗(yàn)墻片的試驗(yàn)，對(duì)綠色復(fù)合剪力墻的大、小偏心受壓破壞過程、破壞性能、極限荷載等力學(xué)性能進(jìn)行研究，同時(shí)與普通剪力墻進(jìn)行對(duì)比，研究結(jié)果表明綠色復(fù)合剪力墻具有較好的承載能力和整體協(xié)調(diào)工作能力，能滿足承載力要求。

關(guān)鍵詞：綠色復(fù)合剪力墻；力學(xué)性能；承載力

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

1 研究背景

我國(guó)作為一個(gè)建筑大國(guó)，建筑耗能居高不下，為改善建筑能耗，建筑行業(yè)大力推行綠色節(jié)能建筑，建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十二五”規(guī)劃指出：大力開展住宅產(chǎn)業(yè)化，積極推廣適合工業(yè)化生產(chǎn)的新型建筑體系，加快形成預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)等工業(yè)化建筑體系；加快綠色建筑核心技術(shù)體系研究，推動(dòng)規(guī)?；夹g(shù)集成與示范?；谶@樣的背景，展開了對(duì)綠色復(fù)合剪力墻性能的研究。

清華大學(xué)土木工程安全與耐久教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究了綠色復(fù)合剪力墻結(jié)構(gòu)的軸心受壓承載力，全國(guó)各地就復(fù)合剪力墻的設(shè)計(jì)、施工等陸續(xù)展開研究。大部分研究集中在計(jì)算方法、節(jié)能設(shè)計(jì)、施工方法等方面，對(duì)其墻體力學(xué)性能的研究較少，本文集中研究綠色復(fù)合剪力墻的偏心受壓性能。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)2片綠色復(fù)合剪力墻和2片對(duì)比用的普通剪力墻。試驗(yàn)墻片設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)高度、寬度相同，厚度方向混凝土厚度相同，配筋率相同的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。綠色復(fù)合剪力墻尺寸選用高度*寬度*高度=1500mm*1000mm*200mm，普通剪力墻尺寸選用高度*寬度*高度=1500mm*1000mm*140mm。根據(jù)《復(fù)合保溫鋼筋焊接網(wǎng)架混凝土剪力墻技術(shù)規(guī)程》DBJ03-24-2011規(guī)定，綠色復(fù)合剪力墻配筋采用ф3@50鋼筋網(wǎng)片；普通剪力墻配筋為ф6@200鋼筋網(wǎng)片；配筋率都為2.02%。混凝土選用C30。

試驗(yàn)采用5000KN加載系統(tǒng)，通過設(shè)置刀口支座控制荷載作用線與試件軸心線之間的距離，實(shí)現(xiàn)大偏壓和小偏壓的受壓特點(diǎn)。采用連續(xù)單調(diào)的加載方案，加載分為預(yù)加載和正式加載兩個(gè)階段。

3 開裂荷載、極限荷載研究

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ3-2010），綠色復(fù)合剪力墻和普通剪力墻的開裂荷載用公式1計(jì)算：

（1）

極限荷載運(yùn)用大偏心受壓極限荷載用2、3公式計(jì)算：

（2）

（3）

開裂荷載及極限荷載的計(jì)算結(jié)果見表1，用C-1表示綠色復(fù)合剪力墻大偏心受壓試件，用S-1表示普通剪力墻大偏心受壓試件，用C-2表示綠色復(fù)合剪力墻小偏心受壓試件，用S-2表示普通剪力墻小偏心受壓試件。

由上表分析可知：

第一，大偏心工況下綠色復(fù)合墻體的實(shí)測(cè)開裂荷載與計(jì)算開裂荷載基本一致，綠色復(fù)合墻體的實(shí)測(cè)極限荷載與計(jì)算極限荷載基本一致。說明復(fù)合剪力墻體可以用該方法計(jì)算其開裂荷載和極限荷載。

第二，在大、小偏心工況下，綠色復(fù)合剪力墻的計(jì)算開裂荷載比普通剪力墻2%、4%。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的開裂比普通剪力墻大5%；綠色復(fù)合剪力墻的計(jì)算極限荷載較對(duì)比普通剪力墻大3%、4%，實(shí)驗(yàn)測(cè)得綠色復(fù)合剪力墻的極限荷載較普通剪力墻大5%。這是因?yàn)樾滦蛷?fù)合剪力墻中間有一定厚度的保溫層，并有鋼筋和斜插筋將其中間保溫層與兩側(cè)墻體相連，形成整體墻片，所以試驗(yàn)時(shí)受力的實(shí)際截面面積大于理論計(jì)算面積，導(dǎo)致其實(shí)測(cè)荷載值大于理論計(jì)算值。

第三，小偏心工況下綠色復(fù)合剪力墻的實(shí)測(cè)開裂荷載、極限荷載與計(jì)算開裂荷載、極限荷載基本一致，說明復(fù)合剪力墻體可以用該方法計(jì)算其開裂荷載和極限荷載。

4 大偏心受壓過程研究

綠色復(fù)合剪力墻在大偏心受壓荷載作用下，實(shí)驗(yàn)破壞過程分為三個(gè)階段：

第一階段——彈性階段：綠色復(fù)合墻體在豎向荷載達(dá)到250KN之前，墻體正面和側(cè)面沒有出現(xiàn)裂縫。當(dāng)豎向荷載達(dá)到250KN時(shí)，墻面出現(xiàn)第一道裂縫，豎向荷載即將達(dá)到560KN之前，墻面又先后出現(xiàn)三條裂縫。根據(jù)試驗(yàn)中綠色復(fù)合剪力墻鋼筋網(wǎng)片的荷載-應(yīng)變曲線圖和混凝土的荷載-應(yīng)變曲線圖可知，該階段鋼筋和混凝土的應(yīng)變的增加和荷載的增加基本成正比。

第二階段——彈塑性階段：綠色復(fù)合墻體在豎向荷載達(dá)到700KN之前，沒有新的裂縫出現(xiàn)，但是已出現(xiàn)的裂縫寬度卻逐漸增加。根據(jù)試驗(yàn)中綠色復(fù)合剪力墻鋼筋網(wǎng)片的荷載-應(yīng)變曲線圖和混凝土的荷載-應(yīng)變曲線圖可知，可知鋼筋和混凝土的荷載-應(yīng)變曲線呈曲線狀態(tài)；相同荷載下鋼筋的壓應(yīng)變比混凝土的壓應(yīng)變?cè)黾拥目?；說明墻體進(jìn)入彈塑性階段。當(dāng)加載到1000KN時(shí)，墻面又出現(xiàn)了新的裂縫，但裂縫的寬度沒有顯著增大。當(dāng)加載到1100KN時(shí)，墻面裂縫不斷增加，裂縫寬度變大，墻體有明顯裂縫破壞現(xiàn)象。

第三階段——破壞階段：綠色復(fù)合墻體在豎向荷載1250KN之前，墻體側(cè)面出現(xiàn)較長(zhǎng)裂縫。隨著豎向荷載的增加，墻體裂縫逐漸貫通，裂縫寬度明顯變寬，鋼筋和混凝土的壓應(yīng)變顯著增大。當(dāng)豎向荷載加載到1400KN時(shí)，試驗(yàn)墻體有輕微破裂聲，裂縫寬度顯著變大，混凝土被壓碎，鋼筋變形，試件破壞。

5 小偏心受壓過程研究

綠色復(fù)合剪力墻在小偏心受壓荷載作用下，實(shí)驗(yàn)破壞過程分為三個(gè)階段：

第一階段——彈性階段：豎向荷載達(dá)到420KN之前，墻體兩面出現(xiàn)少量細(xì)微裂縫，隨著豎向荷載增大，豎向裂縫數(shù)量逐漸增加。當(dāng)豎向荷載達(dá)到750KN時(shí)，細(xì)微裂縫逐漸延伸，形成細(xì)微貫通裂縫，對(duì)墻體的剛度影響極小，根據(jù)試驗(yàn)中綠色復(fù)合剪力墻鋼筋網(wǎng)片的荷載-應(yīng)變曲線圖和混凝土的荷載-應(yīng)變曲線圖可知，該階段鋼筋和混凝土的應(yīng)變的增加和荷載的增加基本成正比。

第二階段——彈塑性階段：隨著豎向荷載的增加，豎向裂縫不斷增加，不斷向上向下延伸。根據(jù)試驗(yàn)中綠色復(fù)合剪力墻鋼筋網(wǎng)片的荷載-應(yīng)變曲線圖和混凝土的荷載-應(yīng)變曲線圖可知鋼筋和混凝土的荷載-應(yīng)變曲線呈曲線狀態(tài)，說明墻體進(jìn)入彈塑性階段。當(dāng)豎向荷載達(dá)到1550KN時(shí)，墻體較薄一側(cè)首先出現(xiàn)豎向的貫通裂縫。荷載繼續(xù)增加，薄側(cè)面的裂縫稍有緩慢加寬，墻體較厚一側(cè)的混凝土裂縫也逐漸擴(kuò)展，向貫通裂縫發(fā)展。當(dāng)豎向荷載超過1600KN時(shí)，試驗(yàn)墻體的承載力上升緩慢。

第三階段——破壞階段：當(dāng)豎向荷載超過1650KN后，試驗(yàn)墻體側(cè)面出現(xiàn)裂縫，墻體較厚一側(cè)也出現(xiàn)了貫通裂縫，并且裂縫寬度逐漸加大。墻體混凝土被壓碎，伴有表面細(xì)小混凝土剝落現(xiàn)象。當(dāng)豎向荷載加載到1900KN時(shí)，出現(xiàn)爆裂聲響，混凝土破裂，鋼筋突然急速變形，試件破壞。

6 結(jié)論

通過研究得出以下結(jié)論：

（1）綠色復(fù)合墻體的破壞形態(tài)分為三個(gè)階段：彈性階段、彈塑性階段和破壞階段。綠色復(fù)合墻體能更好的分配荷載，協(xié)調(diào)變形；隨著偏心距的增加，裂縫也隨著受力向墻體邊緣移動(dòng)，極限荷載也隨著減小。

（2）綠色復(fù)合剪力墻的開裂荷載、極限荷載實(shí)測(cè)值與計(jì)算值相近，說明綠色復(fù)合剪力墻的承載力可以用普通剪力墻公式進(jìn)行計(jì)算。

（3）綠色復(fù)合剪力墻的開裂荷載比普通剪力墻的大，隨著偏心距的增加，開裂荷載減小；綠色復(fù)合剪力墻比普通剪力墻的實(shí)測(cè)極限荷載大5%。隨著偏心距增大，極限荷載明顯減小。說明綠色復(fù)合剪力墻在承載力方面滿足結(jié)構(gòu)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50010—2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2010.

[2]JGJ3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].2010.

[3]王鳳來，李新.配筋砌塊短肢砌體剪力墻偏壓承載力試驗(yàn)[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，40（10）：1527-1531.

[4]GB/T 50152—2012 混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].2012.

內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)NJZC14347