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干货!高轴压比纵肋叠合剪力墙抗震性能试验

1. 研 究 背 景 及 内 容


北京市住宅产业化集团有限公司、承德绿建建筑节能科技有限公司与中国建筑科学研究院有限公司合作研发了纵肋叠合剪力墙装配整体式结构体系。如图 1.1所示分别为纵肋叠合剪力墙体系预制内墙板、外墙板,在预制墙板中含有纵向贯通空腔,施工现场下层预制墙体顶部伸出封闭环钢筋,与上层预制墙体底部钢筋于空腔内搭接,之后在空腔内浇筑混凝土以实现上下层墙体的钢筋连接。钢筋连接节点如图 1.2所示。



纵肋叠合剪力墙构件中,边缘构件可以采用箍筋和架立筋设置在构件预制部分,上下层纵向受力钢筋通过空腔内后浇混凝土搭接连接形成叠合边缘构件,如图 1.3所示。



  纵肋叠合剪力墙预制墙板现场安装时,为方便构件调平及封堵空腔,在预制构件底部设置5cm混凝土后浇层,该后浇层同空腔内混凝土一起浇筑,如图 1.4所示。



本次试验的主要内容是研究纵肋叠合剪力墙在高轴压比情况下的抗震性能,考察底部接缝、叠合边缘构件等受力性能,并和同样尺寸及配筋数量的现浇剪力墙的性能进行对比。


2. 试 件 设 计


根据实际项目中典型构件形式设计试件:根据窗间墙墙肢形式分别设计全预制试件、预制现浇结合试件,并设置全现浇试件对比,设计轴压比采用0.3、0.45和0.6三种。根据内横墙墙肢形式设计全预制试件,并设置全现浇试件对比,设计轴压比采用0.3。所有试件设计墙高2800mm,混凝土强度等级C40。相同参数试件各设计2个,全现浇试件竖向钢筋分别采用通长钢筋及搭接两种做法,预制试件中竖向浇筑孔分为波纹管成型和模具抽芯成型两种。试件参数列于表 3.1。



3. 试 验 现 象


3.1 试 验 现 象



典型试件试验过程,动画如下:





本次试验试件共14个,剪跨比分别为2.3(大)、1.4(小),设计轴压比分别为0.6(高)、0.45(中)、0.3(低),主要有三种破坏模式:


剪跨比大、轴压比高的试件主要以钢筋压屈、混凝土压溃的压弯破坏为主,对应试件分别为:Q1X1-06、Q1Y1B-06、Q1Y2B-06、Q1Y2-06。压弯破坏典型照片如图 3.2所示。



剪跨比大、轴压比中或低的试件主要以混凝土轻微压碎、钢筋拉断的弯曲破坏为主,对应试件分别为:Q1Y1B-04、Q1Y1-04、Q1Y1B-03、Q1Y1-03。弯曲破坏典型照片如图 3.3所示。



剪跨比小、轴压比低的试件主要以钢筋拉断,混凝土压碎,墙身出现斜向剪切裂缝的弯剪破坏为主,对应试件分别为:Q2X2-03、Q2Y-03。弯剪破坏典型照片如图 3.4所示。



4. 试 验 数 据 分 析


4.1 滞回及骨架曲线


本次试验各墙体试件滞回曲线如图 4.1所示。


图 4.1  各试件滞回曲线


各墙体试件骨架曲线如图 4.2所示。



4.2 变 形 及 延 性


根据《建筑抗震试验方法规程》(JGJl01—2015)中相关规定计算延性系数列于表 4.1。



4.3 应 变 分 析


选取部分典型试件混凝土及钢筋应变结果如图 4.3、图 4.4、图 4.5所示。




本文对7组14片剪力墙试件拟静力试验数据进行分析,通过观察试件破坏特征对比试验数据,得到如下结论:


1、剪跨比大、轴压比高的试件发生钢筋压屈、混凝土压溃的压弯破坏;剪跨比大、轴压比中或小的试件发生混凝土轻微压碎、钢筋拉断的弯曲破坏;剪跨比小、轴压比小的试件发生钢筋拉断、混凝土压碎、墙身出现斜向剪切裂缝的弯剪破坏。


2、全预制试件、预制现浇结合试件与全现浇试件在滞回曲线形态、骨架曲线走势、承载力、刚度、变形及延性、耗能能力、破坏模式等方面均较为接近,表明在轴压比不超过0.6时,纵肋叠合剪力墙无论采用全预制方式还是预制现浇结合的方式,其受力性能均与全现浇剪力墙大致相同,边缘构件采用叠合构造是可行的,同时底部5cm后浇层对试件受力性能无影响;


3、按现行规范中正截面偏心受压公式计算纵肋叠合剪力墙的承载力是可行的,纵肋叠合剪力墙的设计可按“等同现浇”进行;


4、有波纹管试件的屈服承载力、峰值承载力、弹性段刚度均略高于无波纹管试件,但差异均未超过5%可以忽略,且两种做法试件滞回曲线形态、骨架曲线走势、变形及延性、耗能能力等方面均较为接近,表明波纹管成型浇筑孔道做法对试件受力性能几乎无影响。


综上,基于试件试验结论,可以认为纵肋叠合剪力墙在轴压比不超过0.6时具有较好的受力性能,全预制墙肢、预制现浇结合墙肢均和对应现浇墙肢受力性能一致,可以按等同现浇原则设计纵肋叠合剪力墙结构。边缘构件采用叠合构造是可行的,预制构件底部5cm后浇层对墙体受力性能无影响;预制构件内预埋波纹管对墙体受力影响较小,可以忽略。


本 篇 作 者 


王 俊,工学硕士,工程师,主要从事装配式混凝土结构的科研工作,在核心期刊发表多篇论文,作为骨干人员参与“十三五”国家重点研发计划课题《研究装配式高性能结构体系及其连接节点工作机理及设计技术》2016YFC0701907及《装配式混凝土结构关键配套产品开发》2016YFC0701507,参与多本协会标准的编写。


来源:CABR建筑工业化


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