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1 第 49 卷第 6 期年 6 月哈尔滨工业大学学报 JOURNAL OF HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY Vol 49 No 6 Jun. 207 DOI:0.98 / j.issn 半装配式再生混凝土低矮剪力墙抗震性能试验摘刘程炜, 曹万林, 董宏英, 王世蒙, 秦成杰城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京工业大学 ), 北京 0024) 要 : 为研究半装配式单排配筋混凝土剪力墙结构的抗震性能以及再生混凝土在预制剪力墙中的应用效果, 设计了 4 个不同轴压比下工字形半装配式单排配筋普通混凝土和再生混凝土剪力墙试件, 试件由底部带预留孔的上层预制剪力墙带墩头竖向分布钢筋的基础梁二者之间的坐浆层以及纵横墙交接处的现浇暗柱组成, 基础梁顶部伸出的单排竖向墩头钢筋伸入上层预制墙体底部的预留孔中, 采用灌浆锚固的方法连接, 并进行了低周反复荷载试验, 分析了各个试件的破坏特征承载力刚度以及耗能等. 结果表明 : 在水平荷载作用下, 预制剪力墙与基础梁之间的连接部位出现水平通缝并产生较小滑移, 墙身分布着 X 形交叉斜裂缝 ; 随着轴压比的增大, 试件的承载力提高, 但延性较差 ; 再生混凝土试件的破坏形态和受力性能与普通混凝土试件相近, 再生混凝土可用于工厂预制的结构构件中 ; 半装配式单排配筋混凝土剪力墙构造简单施工方便, 且抗震性能良好, 可用于低多层剪力墙结构中. 关键词 : 半装配式 ; 单排配筋 ; 再生混凝土 ; 低矮剪力墙 ; 抗震性能中图分类号 : TU375.2 文献标志码 : A 文章编号 : ) Test on seismic behavior of semi assembled low rise recycled concrete shear walls LIU Chengwei, CAO Wanlin, DONG Hongying, WANG Shimeng, QIN Chengjie Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering Beijing University of Technology), Ministry of Education, Beijing 0024, China) Abstract: To evaluate the seismic behavior of semi assembled shear wall with single row of steel bars and the application effect of recycled concrete in the precast shear walls, four I shaped semi assembled concrete shear wall specimens with single row of steel bars were designed. This type of specimen consisted of an upper precast concrete shear wall with reserved holes at the bottom, a foundation beam with single row of button head steel bars, slurry layer between the precast shear wall and the foundation beam, and cast in place concealed columns between longitudinal and transversal walls. Button head steel bars extending from the surface of the foundation beam were anchored in the reserved holes of the precast shear wall, with high strength grouting material filling the holes. Specimens were tested under cyclic reversed loading and different axial compression. Failure character, bearing capacity, stiffness, energy dissipation were compared, and the results show that: under the horizontal load, horizontal crack and a small slip appear in the joint connection between the precast shear wall and the foundation beam, X shaped cracks distribute in the precast wall; with the increase of axial compression ratio, the bearing capacity of specimens is improved, but the ductility is reduced; the failure mode and mechanical properties of recycled concrete specimens are similar to those of normal concrete specimens; the semi assembled shear wall structure with single row of steel bars has the advantages of simple structure, convenient construction and good seismic performance, and it can be used in low rise and multistory residential structures. Keywords: semi assembled; single row of steel bars; recycled concrete; low rise shear wall; seismic behavior 目前, 装配式混凝土剪力墙结构以其量产化工期短资源节约环保等优点在中国得到了大力推广. 已有研究表明 [-2], 采用套筒连接浆锚连接等方式进行装配的预制剪力墙结构性能良好, 但造价较高施工较为繁琐. 如何经济高效地在低多层房屋中应用装配式建造技术成为新的课题. 单排配筋混凝土收稿日期 : 基金项目 : 国家重点研发计划 206YFC070902) 作者简介 : 刘程炜 987 ), 女, 博士研究生 ; 曹万林 954 ), 男, 教授, 博士生导师通信作者 : 曹万林,wlcao@ bjut.edu.cn 剪力墙结构构造简单, 满足低多层房屋的抗震要求 [3] [4] ; 张微敬等对竖向分布钢筋单排套筒连接的预制剪力墙进行了抗震性能研究, 证明竖向钢筋与套筒连接的钢筋间接搭接能够有效传递应力 ; 同时, 建筑垃圾资源化技术也在逐渐发展, 发展再生骨料混凝土是建筑垃圾资源化的重要组成部分. 本课题组将装配式建造技术和单排配筋再生混凝土剪力墙结构相结合, 提出了半装配式单排配筋再生混凝土剪力墙结构. 该结构由上层预制剪力墙下层预制剪力墙上下层墙体间的坐浆层以及纵横墙交接处的

３６哈尔滨工现浇暗柱组成上下层预制剪力墙连接时下层预制墙体顶部伸出的单排竖向墩头钢筋伸入上层预制墙体底部的预留孔中并灌入高强灌浆料通过墩头钢业大学学第４９卷报缘侧面分别预留直径２０ｍｍ的与底部圆孔相通的注浆孔预制基础梁对应上层墙体预留孔位置的带墩头竖向钢筋伸出表面１７０ｍｍ对应暗柱部位伸出筋在预留孔中灌浆锚固的方法连接本文对２个工

完成预制墙体与基础梁之间的连接随后浇筑暗柱试件设计设计了４个剪跨比１０的工字形半装配式单排配筋混凝土剪力墙试件纵横墙交接处的暗柱为现及加载梁混凝土完成腹板与翼缘两侧的连接试件制作过程见图２ 340 浇腹板与暗柱两侧的翼缘部分为预制上层预制剪力墙与基础梁采用墩头钢筋预留孔灌浆连接二者 4 @70 4 0 之间为２０ｍｍ厚坐浆层墙体底部预

带墩头连接钢筋试件编号规则以Ｂ０１５０为例首字母Ｂ表示半装配式剪力墙试件中间０１５为设计轴压比最后为０表示采用天然混凝土若为３３则代表采用再生粗骨料取代率３３的再生混凝土试件主要参现浇暗柱 4 0 Ｆｉｇ１ R2 5 4 @00 5 0 １０２００墙底设置由双排向分布钢筋均为单排筋４钢筋墩头预留圆孔坐浆层 420 65 20 度

2 ３６哈尔滨工现浇暗柱组成上下层预制剪力墙连接时下层预制墙体顶部伸出的单排竖向墩头钢筋伸入上层预制墙体底部的预留孔中并灌入高强灌浆料通过墩头钢业大学学第４９卷报缘侧面分别预留直径２０ｍｍ的与底部圆孔相通的注浆孔预制基础梁对应上层墙体预留孔位置的带墩头竖向钢筋伸出表面１７０ｍｍ对应暗柱部位伸出筋在预留孔中灌浆锚固的方法连接本文对２个工４根沿墙体高度通长的竖向钢筋吊装预制墙体将个工字形半装配式单排配筋再生混凝土剪力墙试件孔中用垫块留出２０ｍｍ坐浆层厚度从墙体侧面字形半装配式单排配筋普通混凝土剪力墙试件和２在不同轴压比下的抗震性能进行了试验研究１的注浆孔灌浆灌浆料充满预留孔及坐浆层通过灌浆料与预留孔孔壁粘结墩头钢筋在灌浆料中锚固试验概况１１基础梁伸出的墩头钢筋伸入腹板及翼缘底部的预留完成预制墙体与基础梁之间的连接随后浇筑暗柱试件设计设计了４个剪跨比１０的工字形半装配式单排配筋混凝土剪力墙试件纵横墙交接处的暗柱为现及加载梁混凝土完成腹板与翼缘两侧的连接试件制作过程见图２ 340 浇腹板与暗柱两侧的翼缘部分为预制上层预制剪力墙与基础梁采用墩头钢筋预留孔灌浆连接二者 4 0 之间为２０ｍｍ厚坐浆层墙体底部预留孔直径为５０ｍｍ高度为１６５ｍｍ４个试件的尺寸及配筋完全一致腹板宽度为１０６０ｍｍ厚度为１４０ｍｍ翼缘宽１８００ｍｍ４３０ｍｍ４５０ｍｍ腹板水平分布钢筋竖６水平钢筋和４箍筋组成的钢筋笼现浇暗柱配１０箍筋为４７０镀锌铁丝基础梁中对应腹板位置配置５１０带墩头竖向连接钢筋对应翼缘两侧预制部分各配置１１２带墩头连接钢筋试件编号规则以Ｂ０１５０为例首字母Ｂ表示半装配式剪力墙试件中间０１５为设计轴压比最后为０表示采用天然混凝土若为３３则代表采用再生粗骨料取代率３３的再生混凝土试件主要参现浇暗柱 4 0 Ｆｉｇ１ R １０２００墙底设置由双排向分布钢筋均为单排筋４钢筋墩头预留圆孔坐浆层度为４３０ｍｍ厚度为１４０ｍｍ加载梁尺寸为１３４０ｍｍ４３０ｍｍ３００ｍｍ预制基础梁尺寸为 0@20 0 0@ 86 预制翼缘预制腹板图１试件几何尺寸及配筋Ｇｅｏｍｅｔｒｙｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄｓｔｅｅｌｂａｒｄｅｔａｉｌｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ数见表１尺寸及配筋见图１表１Ｔａｂ１试件参数Ｔｅｓｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ试件编号混凝土类别轴压比设计值Ｂ０１５０普通混凝土０１５Ｂ０１５３３Ｂ０３０Ｂ０３３３１２再生混凝土普通混凝土再生混凝土０１５０３００３０轴压力ｋｎ７５０８００１５００１６００ a )腹板制作试件制作首先分别预制墙体腹板翼缘的两侧以及基础Ｆｉｇ２ b)翼缘制作图２ c )装配就位试件制作Ｍａｋｉｎｇｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ梁腹板底部预留５个直径５０ｍｍ高度１６５ｍｍ的１３为整体同时预制在同一位置采用同一根水平钢筋再生混凝土再生粗骨料取代率３３再生粗骨料圆孔圆孔周围配置钢筋笼暗柱两侧的预制翼缘作相连钢筋两侧末端设置Ｕ形弯钩锚固在翼缘预制部分实际工程中预制剪力墙中的水平钢筋可采用Ｕ形弯钩锚固在暗柱中翼缘两侧底部各预留一个直径５０ｍｍ高度１６５ｍｍ的圆孔腹板和翼材料性能预制剪力墙混凝土采用Ｃ５０级普通混凝土和为废弃混凝土经机械破碎后人工分拣得到粒径大小为５２５ｍｍ堆积密度１２５２８ｋｇｍ３表观密度２５７５５ｋｇｍ３压碎指标２９９含泥量２２５普通混凝土实测强度ｆｃｕ４６８５ＭＰａ再生混凝土实测强

第 6 期刘程炜, 等 : 半装配式再生混凝土低矮剪力墙抗震性能试验 37 度 f cu = 5.95 MPa. 高强灌浆料选择 CGMJM-VI 型泵送钢筋接头灌浆料, 按照现行国家标准水泥胶砂强度检验方法 ISO 法 ) [5] 测得其抗压强度为 77.5 MPa. 剪力墙水平分布钢筋与部分竖向分布钢筋选用直径 0 mm 的 HRB400 级钢筋, 实测强度 f y = 486 MPa,f u = 688 MPa, 断后伸长率为 20.

3 第 6 期刘程炜, 等 : 半装配式再生混凝土低矮剪力墙抗震性能试验 37 度 f cu = 5.95 MPa. 高强灌浆料选择 CGMJM-VI 型泵送钢筋接头灌浆料, 按照现行国家标准水泥胶砂强度检验方法 ISO 法 ) [5] 测得其抗压强度为 77.5 MPa. 剪力墙水平分布钢筋与部分竖向分布钢筋选用直径 0 mm 的 HRB400 级钢筋, 实测强度 f y = 486 MPa,f u = 688 MPa, 断后伸长率为 20.8%; 翼缘两侧竖向钢筋选用直径 2 mm 的 HRB400 级钢筋, 实测强度 f y = 458 MPa,f u = 59 MPa, 断后伸长率为 23.2%..4 加载方案采用拟静力试验方法, 首先按照设计轴压比 n =.2 N / f c A, 计算施加的竖向荷载 N, 结果见表. 其中混凝土强度 f ck = 0.88α c α c2 f cu,f c = f ck /.4. 试验过程中利用 kn 的液压千斤顶 - 滚轴支座 - 分配梁加载系统施加恒定的竖向荷载, 然后施加低周反复水平荷载, 加载点距离基础梁顶面 340 mm. 试件屈服前, 采用水平力控制加载, 试件屈服后, 采用位移控制加载, 每级荷载或位移加载一次, 直至试件明显破坏或水平荷载下降至峰值荷载的 85%. 在加载梁中央布置位移计, 量测.34 m 高度处的水平位移 ; 在基础梁中线顶部布置百分表, 量测基础梁水平位移 ; 在腹板底部中间位置布置百分表, 量测预制墙体与基础梁之间的剪切滑移. 墩头连接钢筋上布置应变片, 位置在距离基础梁顶面 20 mm 处, 以研究间接搭接的竖向墩头钢筋能否有效传力. 试验过程中, 竖向荷载水平荷载水平位移钢筋应变等数据通过 IMP 数据采集系统自动采集, 人工观测混凝土墙体裂缝并记录损伤过程. 2 破坏过程和破坏形态各试件破坏过程相似, 以 B 为例, 水平荷载达到 40 kn 时, 翼缘底部坐浆层与基础梁之间出现水平裂缝. 水平荷载达到 400 kn 时, 受拉翼缘距基础梁顶面 2 cm 处出现水平缝. 按位移控制加载,2Δ y 时, 翼缘外侧由下至上产生多条水平裂缝, 原有裂缝继续开展.3Δ y 时, 腹板沿对角线产生剪切斜裂缝. 继续加载, 墙体斜裂缝发展成数条交叉裂缝 ; 坐浆层上下的水平缝在推拉荷载作用下由翼缘迅速向腹板中部发展直至贯通整个墙体, 剪力墙与基础梁之间发生滑移 ; 腹板预留孔顶部位置产生水平裂缝. 达到峰值荷载时, 翼缘外侧在基础梁顶面以上 8 cm 处即预留孔顶部位置 ) 的水平裂缝宽度达到 0 mm, 预制翼缘底部的混凝土破碎严重, 坐浆层处水平裂缝宽 5 mm, 正反向加载时剪力墙水平滑移值分别为 mm. 极限荷载时, 坐浆层处水平裂缝宽 8 mm, 正反向加载时剪力墙水平滑移值分别为 mm, 翼缘底部混凝土碎裂脱落. 其破坏形态与裂缝分布见图 3. 图 3 B 破坏形态与裂缝分布 Fig.3 Failure modes and crack distribution of B 各试件坐浆层处的水平裂缝沿接触面贯通, 受拉区水平裂缝较宽, 剪力墙与基础梁之间均产生剪切滑移, 翼缘由下至上产生多条水平裂缝, 腹板分布着多条 X 形交叉斜裂缝. 剪力墙的变形由坐浆层处水平缝的张开滑移以及墙体本身的弯曲和剪切变形共同组成. 3 试验结果及分析 3. 滞回曲线与骨架曲线各试件顶点的水平荷载 F 与位移 Δ 滞回曲线和骨架曲线分别见图 4 5. 由图 4 可看出, 半装配式再生混凝土剪力墙试件的滞回曲线与普通混凝土剪力墙试件相似, 加载初期滞回环为细长梭形, 随着剪力墙与基础梁之间发生剪切滑移及水平缝的张开, 加载曲线在后期变得平缓, 且由于剪力墙与基础梁之间的裂缝宽度不断增大, 卸载时开始曲线较陡, 之后恢复变形加快, 曲线平缓, 捏拢现象逐渐明显, 残余变形越来越大. 由骨架曲线可见, 轴压比 0.3 的 2 个试件峰值荷载大于轴压比 0.5 的 2 个试件, 但其极限位移较小 ; 轴压比相同时, 混凝土实测强度较高的再生混凝土试件峰值荷载较大. 3.2 承载力分析表 2 列出了各试件的开裂荷载 F cr 屈服荷载 F y 和峰值荷载 F p. 预制翼缘底部混凝土受压破坏之后, 其中的连接钢筋逐渐失去作用, 由试验过程中测得的钢筋应变可知, 峰值荷载时翼缘两侧的连接钢筋未达到屈服强度, 没能充分发挥作用, 为提高安全可靠性, 建议在计算半装配式剪力墙的正截面承载力时, 忽略翼缘连接钢筋的作用. 表 3 列出了根据规范 [6] 并参考文献 [3] 得到的试件承载力计算值, 钢筋屈服强度取实测值, 混凝土轴心抗压强度取 f c = 0.88α c α c2 f cu.

4 38 哈尔滨工业大学学报第 49 卷 a) b)b 图 c) 图 4 Fig.4 试件顶点水平荷载 F 与位移 Δ 滞回曲线 B 试件顶点水平荷载 F 与位移 Δ 骨架曲线 Fig.5 F-Δ skeleton curves of specimens 对比表 2 3 中结果可知, 各试件试验峰值水表 2 F-Δ hysteretic loops of specimens d) 平荷载为承载力计算值的.04 ~.4 倍. 计算斜截面 [6] 承载力时, 规范规定当 N>0.2f c bh 0 时取 N = 0.2f c bh 0, 导致轴压比 0.3 剪跨比.0 的半装配式剪力墙试件的承载力计算值远小于实测值, 较为保守. 3.3 延性表 4 列出了试件的屈服位移 Δ y 峰值位移 Δ p 极限位移 Δ u 峰值位移角 θ p 极限位移角 θ u 和位移延性系数 μ,μ=δ u / Δ y. 结果表明 : 轴压比 0.5 的试件延性系数大于轴压比 0.3 的试件, 延性较好 ; 再生混凝土试件的延性系数略大于普通混凝土试件 ;4 个试件的极限位移角均达到 / 50 以上, 弹塑性变形能力满足规范要求. 试件开裂荷载屈服荷载极限荷载实测值 Tab.2 Experimental results of cracking, yield and ultimate loads kn 试件编号 F cr F y F p 正向反向平均正向反向平均 B 表 3 试件承载力计算值 Tab.3 Calculations of bearing capacity of specimens kn 试件编号斜截面承载力正截面承载力计算承载力 B 刚度采用割线刚度分析各试件在低周反复荷载作用下的刚度退化, 图 6 为试件割线刚度与顶点水平位移的关系曲线. 结果表明 : 各试件的刚度退化曲线基本平行, 屈服前刚度下降较快, 随着顶点位移的增大刚度退化趋缓. 轴压比大的试件刚度相对较大, 后期退化相对较快. 试件破坏时残余刚度为屈服刚度的

5 第 6 期刘程炜, 等 : 半装配式再生混凝土低矮剪力墙抗震性能试验 39 9% ~ 6%. 刚度退化的主要原因是反复荷载作用下混凝土的破碎以及接缝处的张开滑移. 3.5 耗能采用试件破坏前的总耗能值 A 与能量耗散系数 E 来判断试件的耗能能力 [7]. 试件 B 在低周反复荷载作用下每级循环耗图 7 试件编号 Tab.4 表 4 能值的总和 A 分别为 kn m, 总耗能值相近. 图 7 为能量耗散系数 E 与水平位移 Δ 的关系曲线. 每级循环的能量耗散系数随水平位移的增大整体呈上升趋势, 接近极限位移时, 由于结构的加速破坏和承载力的降低, 耗能系数稍有下降. 再生混凝土试件的耗能能力与普通混凝土试件相比较小, 但相差不多. 各试件位移及延性系数实测结果 Experimental results of displacement and ductility coefficient Δ y / mm Δ p / mm Δ u / mm 正向反向正向反向正向反向 θ p 平均 θ u 平均 μ 平均 / 68 / 43.2 B / 7 / / 75 / / 77 / 等效刚度 /kn?mm - ) 图 6 能量耗散系数 B 顶点水平试件刚度 K 与顶点水平位移 Δ 关系曲线 Fig.6 K-Δ curves of specimens B 顶点水平试件能量耗散系数 E 与顶点水平位移 Δ 关系曲线 Fig.7 4 结论 E-Δ relation curves of specimens ) 半装配式单排配筋混凝土剪力墙在水平荷载作用下破坏时, 预制剪力墙与基础梁之间出现水平通缝并产生较小滑移, 翼缘出现多条水平裂缝, 墙身分布多条 X 形交叉斜裂缝. 2) 半装配式单排配筋再生混凝土剪力墙与普通混凝土剪力墙的抗震性能总体相近 ; 随着轴压比的增大, 试件的承载力提高延性变差. 3) 采用墩头钢筋预留孔灌浆连接的半装配式单排配筋混凝土剪力墙抗震性能良好, 可用于低层和多层剪力墙结构中. 参考文献 [] 陈云钢, 刘家彬, 郭正兴, 等. 装配式剪力墙水平拼缝钢筋浆锚搭接抗震性能试验 [J]. 哈尔滨工业大学学报, 203, 456): CHEN Yungang, LIU Jiabin, GUO Zhengxing, et al. Test on seismic performance of precast shear wall with reinforcements grouted in holes and spliced indirectly in horizontal connections [ J].Journal of Harbin Institute of Technology, 203, 456): [2] SOUDKI K A, RIZKALLA S H, LEBLANC B, et al. Horizontal con nections for precast concrete shear walls subjected to cyclic deforma tions part : mild steel connections [ J]. PCI Journal, 995, 40 4): [3] 张建伟, 曹万林, 吴定燕, 等. 单排配筋低矮剪力墙抗震试验及承载力模型 [J]. 北京工业大学学报, 200, 362): ZHANG Jianwei, CAO Wanlin, WU Dingyan, et al. Seismic experi ment and load carrying capacity calculation of low rise RC shear wall with bi directional single row of steel bars [J]. Journal of Beijing U niversity of Technology, 200, 362): [4] 张微敬, 钱稼茹, 于检生, 等. 竖向分布钢筋单排间接搭接的带现浇暗柱预制剪力墙抗震性能试验 [ J]. 土木工程学报, 202, 450): ZHANG Weijing, QIAN Jiaru, YU Jiansheng, et al. Tests on seismic behavior of precast shear walls with cast in situ boundary elements and vertical distributed reinforcements spliced by a single row of steel bars [J]. China Civil Engineering Journal, 202, 450): [5] 水泥胶砂强度检验方法 ISO 法 ):GB / T [S]. 北京 : 中国标准出版社, 999. Method of testing cements determination of strength:gb / T [S]. Beijing: China Standard Press, 999. [6] 混凝土结构设计规范 :GB [ S]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 200. Code for design of concrete structures: GB [ S]. Bei jing: China Architecture & Building Press, 200. [7] 建筑抗震试验方法规程 :JGJ [ S]. 北京 : 中国建筑工业出版社, 997. Specification of testing methods for earthquake resistant building: JGJ [S]. Beijing: China Architecture & building Press, 997. 编辑赵丽莹 )

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第 46 卷第 12 期 2 0 1 4 年 12 月哈尔滨工业大学学报 JOURNAL OF HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY Vol 46 No 12 Dec. 2014 装配式混凝土双板短肢剪力墙拟静力试验肖全东, 郭正兴 ( 东南大学土木工程学院, 210096 南京 ) 摘要