叠合板式混凝土剪力墙低周反复荷载试验研究

叠合板式混凝土剪力墙低周反复荷载试验研究

0作墙模板间的中空混凝土覆盖板混凝土墙的厚度为50cm以下的预制钢筋混凝土板作为楼层墙模型。将表面砖的内部加固钢筋作为格构钢筋，以确保墙模型的连接和间距。安装完成后，混凝土将填充到安装板之间的中间区域，预制部分和现有部分将形成一个整体的新结构体。该种结构体系在德国等国家已得到广泛应用,具有施工快捷方便、利于环保、工业化生产、构件质量易控制等优点。在合肥国家住宅产业化基地引进德国先进的混凝土墙板、楼板等预制构件生产工艺技术与生产线之后,为研究叠合板式混凝土剪力墙在水平荷载作用下的受力、破坏形式、变形性能,对叠合墙板经现场两种不同拼缝构造连接湿接缝拼接后的叠合板式混凝土剪力墙进行了低周反复加载试验,比较了两种构造措施下墙板的承载力、延性及耗能等抗震性能,得出适合我国国情的构造措施做法。1试验研究总结1.1叠合墙板剪力墙试件安装本试验共包含两片剪力墙墙板试件,试件W-1为在剪力墙竖向拼缝处加暗柱,试件W-2为在剪力墙竖向拼缝处加水平连接钢筋,试件尺寸均为2800mm(高)×2000mm(宽)×200mm(厚);考虑到叠合板式剪力墙板与基础台座的有效接触,实际安装墙板时将叠合墙板抬高30mm做翻浆处理,所以,试件W-1和试件W-2的实际尺寸均为2830mm(高)×2000mm(宽)×200mm(厚);试件具体尺寸及配筋如图1~3所示。试件的预制墙板来自德国西韦德公司,强度为C40。现场二次浇筑C30混凝土作为夹芯叠合层。拼缝处后加钢筋采用国内HPB235(暗柱箍筋)和HRB335级。叠合板剪力墙试件的制作加工过程模仿该类结构在实际工程中的施工步骤,即首先浇筑试件基础底座,底座中根据剪力墙的竖向受力钢筋情况布置直径12mm的插筋,高出基础顶面600mm。待底座混凝土达到一定强度后,吊装预制墙板。然后绑扎现浇部分钢筋,支模,最后在预制墙板核心部分和墙板与基础表面的空隙之间同时浇筑细石膨胀混凝土。试件顶部浇筑300mm×400mm的墙顶梁作加载用。1.2试验能力和学习能力本次试验叠合板剪力墙试件所用的钢筋及混凝土力学性能见表1和表2。1.3加载制度的建立试验加载装置如图4所示,包括竖向力加载系统(反力梁、千斤顶及荷载分配梁)和水平力加载系统(电液伺服控制加载的往复作动器及拉杆)。试验时,首先在墙顶施加竖向荷载,采用墙顶截面形心加载,轴向压力按轴压比0.1确定。正式加载前,先在墙体顶部施加大小为满载的40%竖向压力,重复加载2~3次,以消除试件内部组织的不均匀性,然后轴向压力加至满载并在试验中保持不变。水平加载的方式为单向反复加载,并采用荷载-位移混合控制的加载制度,具体加载制度如图5所示。根据理论计算得到的破坏推力和开裂荷载确定加载步距为50kN,接近开裂荷载时歩距改为25kN。先单调逐级加载至开裂,每级循环一次,以后以25kN为级差加至构件屈服,各级荷载循环一次;第二阶段采用位移控制,分别按试件屈服时顶点位移的倍数逐级加载,每级循环三次,直至试件破坏或试件承载力下降至最大承载力的85%。并且在每级加载完成时,荷载保持一段时间,以便试件裂缝的观察和数据的采集工作。2试验结果及分析2.1墙板抗剪能力各试件裂缝如图6~7所示。裂缝走势及宏观分布基本相同,左右水平裂缝发展成斜裂缝,并不断向另一面穿行、相交,形成“X”形交叉裂缝;初始裂缝出现的位置基本相同,由于在基础预留的锚固钢筋伸入墙板600mm,在这段墙板高度以内配筋率很高,所以,初始裂缝都不是出现在弯矩最大截面即板底截面(施工缝有微裂缝除外),而是在距板底600~750mm处;主裂缝位置基本相同,大约在板底以上500mm范围之内;整个试验过程中,试件的竖向拼缝始终未见滑移,说明抗剪能力很好;所有墙板破坏时,板底左右混凝土均被压酥、剥落;从裂缝的出现、发展以及最终的裂缝图可以看出,两个试件的破坏形式均为弯剪型破坏,叠合墙板的竖向拼缝完好,具有较好的整体性。2.2滞回曲线的变化各试件荷载-位移滞回曲线如图8~9所示。各试件滞回曲线较接近,在试件开裂前,荷载与位移基本呈线性关系,试件基本处于弹性工作阶段;试件开裂后,滞回环开始呈曲线形,滞回曲线的斜率逐渐下降,滞回曲线呈较窄的梭形,试件的刚度有所降低但降低幅度不大,荷载则稳定上升,滞回环包围面积逐渐增加,表明试件进入非线性工作阶段;待试件屈服后,即进入位移控制阶段,此时滞回曲线的斜率明显减小,表明试件刚度的退化较屈服前显著,但荷载还有小幅上升,滞回环包围面积迅速扩大,试件耗能增加明显;每一个位移量级都循环了三次,对同一位移量级,后两次循环的滞回曲线所包围面积小于第一次循环,表明试件耗能能力由于试件内部损伤逐渐退化;试验后期W-2墙板内钢筋发生明显滑移,致使滞回曲线发展为Z形,W-1墙板钢筋滑移较小。2.3试验结果的比较尽管试验的试件是对称的,但由于剪力墙通常在很小位移角时就开裂,所以正、负两向的荷载特征点有一定差异。为此,特将正、负两向试验结果求均值后列于表3进行分析。表3中的试验数据表明,试件W-1较试件W-2开裂荷载基本相同、屈服荷载及峰值荷载均有所提高,两个试件的延性系数均大于3,具有良好的延性性能。2.4能量化指标的确定结构的耗能能力可通过结构的荷载-位移滞回曲线在一次循环中的滞回环所包围的面积来反映,即通过每次循环中滞回环所包围面积的大小就可反映出结构在本次循环中消耗了多少地震能量。一般情况下,滞回环所包围面积越小,说明结构的耗能能力越弱。目前比较常用的耗能性能能量化指标主要有两个:等效粘滞阻尼系数和功比指数。功比指数Iw可按下式计算:Ιw=∑ΡiUiΡyUyIw=∑PiUiPyUy式中Py、Uy——屈服荷载、屈服位移;Pi、Ui——第i次循环卸载点的荷载和位移。经计算,各试件的功比指数见表4。试件W-1较试件W-2耗能能力提高8.46%。2.5钢筋用量及延性、能耗能力提高程度从试验结果可以看出,无论是在叠合板式墙板竖向拼缝处采取暗柱连接还是水平筋连接方式,该种新型结构均可以获得较好的承载能力、延性及整体性。现就这两种构造措施中钢筋用量及承载力、延性、耗能能力提高程度列于表5。由表5可以看出,叠合板式墙板竖向拼缝处暗柱连接(试件W-1)较水平筋连接(试件W-2)的承载力提高4.66%、延性提高10.97%、耗能能力提高8.46%,但暗柱连接部分的钢筋用量较水平筋连接提高了较大的幅度,其中,ϕ6钢筋用量提高了550%‚ϕ¯12钢筋用量提高了44.83%。我国是一个发展中的大国,故从经济适用性方面考虑,W-2试件在叠合板式墙板竖向拼缝处采用水平筋连接的方式更符合我国现在的国情。3横向拼接缝处混凝土剪力墙的施工1)竖向拼缝处采取暗柱或加水平筋连接