馬軍衛(wèi)，潘金龍?，蔣蘇童，尹萬云，劉守城

(1.東南大學(xué) 混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210096； 2.中國十七冶集團(tuán)有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

現(xiàn)澆剪力墻裝配整體式框-剪結(jié)構(gòu)抗震性能*

馬軍衛(wèi)1，潘金龍1?，蔣蘇童1，尹萬云2，劉守城2

(1.東南大學(xué) 混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210096； 2.中國十七冶集團(tuán)有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

為研究現(xiàn)澆剪力墻裝配整體式框-剪結(jié)構(gòu)的抗震性能，對2榀(其中1榀為裝配式試件PCFW1，1榀為全現(xiàn)澆試件RCFW)1/2比例兩層兩跨混凝土框-剪結(jié)構(gòu)試件進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，研究其破壞過程和機(jī)理、滯回性能、延性、耗能能力和塑性鉸發(fā)展情況等.結(jié)果表明：裝配式試件PCFW1與全現(xiàn)澆試件RCFW相比，其破壞過程、破壞機(jī)制和最終破壞形態(tài)基本相同.裝配式試件PCFW1與全現(xiàn)澆對比試件RCFW的滯回曲線均較為豐滿，試件的屈服荷載、峰值荷載、極限荷載均略大于全現(xiàn)澆試件RCFW的相應(yīng)值，但其差值均小于10.0%，延性低于全現(xiàn)澆試件RCFW；灌漿套筒可以有效傳遞縱向鋼筋應(yīng)力；現(xiàn)澆剪力墻裝配整體式框-剪結(jié)構(gòu)中，頂層邊節(jié)點(diǎn)處梁上鋼筋彎錨可用鋼筋焊端錨板代替.

擬靜力荷載；滯回曲線；位移延性；能量耗散；灌漿套筒

Abstract：To investigate the seismic performance of precast frame-shear wall structures comprised of cast-in-place concrete shear walls and prefabricated frame components，two 1/2 scale test specimens were fabricated and carried out under quasi-static reversed cyclic lateral loading in laboratory.One specimen named PCFW1 is a precast structure comprised of cast-in-place concrete shear walls and prefabricated frame components，and the other one named RCFW is a conventional cast-in-place concrete one，which is used as a reference specimen，all two test specimens are two bay-two story RC specimens.Some important characteristics such as failure process，failure mechanism，hysteretic response，displacement ductility，energy dissipation capacities and plastic hinge development process were studied.The test results show that the test specimen PCFW1 have similar failure mode compared with the test specimen RCFW.The lateral load-displacement hysteretic loops of both specimens are plump.The characteristic values of bearing capacity such as yield load，peak load，and ultimate load of specimen PCFW1 are larger than those of RCFW，but the difference is less than 10.0%.The displacement ductility of specimen PCFW1 is obviously less than that of RCFW；Grout-filled sleeves can transmit the longitudinal steel stress efficiently；The anchor bars in a knee connection in the top story can be replaced by bars wielded with anchor plate in precast shear wall-frame structures comprised of cast-in-place concrete shear walls and prefabricated frame components.

Keywords：quasi-static reversed cyclic lateral loading；hysteretic curves；displacement ductility；energy dissipation；grout-filled sleeves

裝配式建筑有利于環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源，同時(shí)可縮短建設(shè)工期，提升工程質(zhì)量，提高建筑品質(zhì).裝配式建筑按結(jié)構(gòu)體系不同，可分為裝配式框架體系、裝配式剪力墻體系和裝配式框-剪體系等.目前相比前兩種結(jié)構(gòu)體系，國內(nèi)外學(xué)者對于裝配式框-剪結(jié)構(gòu)的研究尚相對較少，國外學(xué)者對其研究的重點(diǎn)集中在采用干式節(jié)點(diǎn)連接的框-剪結(jié)構(gòu)抗震性能和理論分析等方面[1-2].國內(nèi)學(xué)者近年來對裝配式結(jié)構(gòu)的研究主要集中在裝配式剪力墻[3-6]、裝配式框架[7-8]的抗震性能等方面，旨在推進(jìn)裝配式結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用，目前對于采用濕節(jié)點(diǎn)的裝配式框-剪結(jié)構(gòu)的研究還較為鮮見.鑒于裝配式框-剪結(jié)構(gòu)的重要性，有必要對其進(jìn)行深入研究.

目前我國行業(yè)規(guī)范[9]對于裝配式框-剪結(jié)構(gòu)的推薦做法是：剪力墻采用現(xiàn)澆，框架采用裝配，即采用“半”裝配的形式.這是基于框-剪結(jié)構(gòu)中，剪力墻在地震中作為第一道防線，需承擔(dān)大部分的水平力，故剪力墻的縱向鋼筋連接尤為重要，慎重起見，規(guī)范對剪力墻部位采取了較為保守的辦法——即推薦采用現(xiàn)澆形式.但剪力墻現(xiàn)澆、框架裝配這種“半”裝配式框-剪結(jié)構(gòu)的抗震性能到底如何？其與傳統(tǒng)的全現(xiàn)澆框-剪結(jié)構(gòu)的差異性需要加以研究.

世構(gòu)(SCOPE)體系是一種預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式框架結(jié)構(gòu)體系，在我國的研究相對較早，目前已頒布了相關(guān)規(guī)程[10]，但以往對其的研究還僅限于節(jié)點(diǎn)、框架等方面[11-12]，將其應(yīng)用于框-剪結(jié)構(gòu)中，即剪力墻采用普通現(xiàn)澆剪力墻，框架部分采用世構(gòu)體系，關(guān)于這類結(jié)構(gòu)的抗震性能試驗(yàn)，目前尚未見諸報(bào)道.另外，在世構(gòu)體系中柱-柱的連接是采用預(yù)埋工字鋼或密封鋼管插筋連接[10]，這兩種連接的弊端明顯，即柱子縱筋的搭接長度較長，不便于運(yùn)輸、安裝.而灌漿套筒連接技術(shù)是近年來興起的一種新型鋼筋連接接頭，具有鋼筋搭接長度較短、連接性能可靠等優(yōu)點(diǎn).鑒于此，本文將世構(gòu)體系中柱-柱連接采用灌漿套筒連接，即形成了“改進(jìn)的世構(gòu)體系”，同時(shí)將其應(yīng)用于框-剪結(jié)構(gòu)中，通過試驗(yàn)驗(yàn)證這種新型柱-柱連接接頭的可靠性.

基于上述原因，設(shè)計(jì)制作了2榀1/2比例混凝土框-剪結(jié)構(gòu)模型，通過對其進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，對其破壞形態(tài)、滯回耗能、位移延性等進(jìn)行較為系統(tǒng)地研究.

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

試件設(shè)計(jì)為2層2跨1/2縮尺模型結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)制作了兩個(gè)試件，一個(gè)為現(xiàn)澆剪力墻預(yù)制框架裝配整體式框-剪結(jié)構(gòu)試件PCFW1，一個(gè)為全現(xiàn)澆對比試件RCFW，其配筋、混凝土等級與試件PCFW1除節(jié)點(diǎn)區(qū)以外的其余對應(yīng)部位均完全相同，試件RCFW節(jié)點(diǎn)區(qū)水平向、豎向鋼筋連接分別為梁、柱縱筋通長連接，試件采用同一標(biāo)號混凝土整澆而成.試件PCFW1的拆分情況如圖1所示，制作時(shí)先將地梁和剪力墻同時(shí)預(yù)制，然后將一、二層框架柱、框架梁進(jìn)行預(yù)制，框架梁預(yù)制時(shí)在梁端設(shè)置有鍵槽，鍵槽的尺寸滿足文獻(xiàn)[10]的要求.

框架梁的水平向鋼筋連接采用U型筋搭接連接，具體如圖1所示.框架柱的豎向鋼筋連接采用半灌漿套筒連接，半灌漿套筒預(yù)埋在預(yù)制柱的底部，其一端與被連接鋼筋通過套絲螺紋連接，另一端與下側(cè)柱的伸出鋼筋通過灌漿連接，如圖2所示.

試件裝配時(shí)，先進(jìn)行一層裝配，將一層框架柱裝配到地梁上并進(jìn)行灌漿作業(yè)，灌漿1 d后，安裝一層預(yù)制梁，在柱-梁節(jié)點(diǎn)處用U型筋將梁上水平縱筋連接，再綁扎后澆帶處箍筋、支模板、澆筑后澆混凝土.同法進(jìn)行試件第二層裝配，即形成現(xiàn)澆剪力墻、預(yù)制框架的裝配整體式框-剪結(jié)構(gòu).框架梁為疊合梁，裝配時(shí)在梁上部、端部設(shè)置有后澆帶，后澆帶尺寸滿足文獻(xiàn)[10]的要求，具體如圖1(a)所示.

框架柱裝配前，將柱底表面混凝土鑿毛，并用高壓水沖洗干凈.然后進(jìn)行坐漿、安裝、灌漿等作業(yè).框架柱裝配時(shí)注意構(gòu)件垂直、調(diào)平，以確保試件裝配精度.

(a)試件拆分拼裝示意圖

(b)試件配筋圖 圖1 試件幾何尺寸及配筋圖

按文獻(xiàn)[10]的規(guī)定，圖1(a)中框架二層邊節(jié)點(diǎn)梁上彎錨鋼筋彎折后的錨入柱子的長度較長(≥1.7la)，致使二層邊柱預(yù)制部分高度減小，后澆混凝土量增多，同時(shí)增加了模板安裝、鋼筋綁扎等工序的工作量，給實(shí)際施工帶來不便.考慮到框-剪結(jié)構(gòu)與純框架結(jié)構(gòu)相比，水平抗側(cè)能力較大，剪力墻在地震中承擔(dān)大部分的水平抗力，同時(shí)考慮到施工的便捷性，本次試驗(yàn)中，將試件PCFW1二層邊節(jié)點(diǎn)處梁上鋼筋彎錨用鋼筋焊端錨板代替(圖3所示)，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證這種錨固方法的可靠性.

圖2 半灌漿套筒示意圖

圖3 二層邊節(jié)點(diǎn)梁上彎錨鋼筋細(xì)部圖

1.2 材料性能

現(xiàn)澆試件RCFW的混凝土采用強(qiáng)度等級為C30的商品細(xì)石混凝土，裝配式試件PCFW1除后澆帶處以外的混凝土均采用強(qiáng)度等級為C30的商品細(xì)石混凝土，后澆帶處(梁上疊合部位及框架節(jié)點(diǎn)處)用量較少的混凝土采用人工拌制的強(qiáng)度等級為C35的微膨脹細(xì)石混凝土，兩個(gè)試件的箍筋采用直徑為4 mm的8#鍍鋅鐵絲，其余鋼筋均采用HRB400級鋼筋.試件制作時(shí)預(yù)留了相應(yīng)混凝土試塊，正式試驗(yàn)前進(jìn)行了材性試驗(yàn)，混凝土試塊抗壓強(qiáng)度實(shí)測值fcu如表1所示.

表1 實(shí)測混凝土立方體抗壓強(qiáng)度

實(shí)測鋼筋力學(xué)性能如表2所示.試件裝配灌漿時(shí)，預(yù)留了相應(yīng)的灌漿料試塊(40 mm×40 mm×160 mm)，測得灌漿料抗折強(qiáng)度平均值14.1 MPa，抗壓強(qiáng)度平均值86.1 MPa.

表2 鋼筋力學(xué)性能

1.3 試驗(yàn)裝置及加載方案

試驗(yàn)裝置如圖4所示，水平力由最大拉壓能力為1 500 kN的MTS電液伺服作動(dòng)器施加.MTS與試件之間通過豎向分配鋼梁將水平力進(jìn)行分配，使試件1,2層上分配的水平力按倒三角形分布，試驗(yàn)前在1,2層剪力墻墻梁端部設(shè)置夾具，先通過8根φ32精軋螺紋鋼將試件與豎向分配鋼梁拉結(jié)，再通過高強(qiáng)螺桿將豎向分配鋼梁與作動(dòng)器頭拉結(jié).試件上豎向力通過豎向千斤頂來施加，其中剪力墻頂部布置水平分配鋼梁，分配鋼梁中部布置1個(gè)1 000 kN油壓千斤頂，兩個(gè)框架柱上側(cè)各布置1個(gè)500 kN的油壓千斤頂.為了避免梁上施加豎向荷載帶來的內(nèi)力重分布和加載裝置的復(fù)雜性，框架梁上未施加豎向荷載.

圖4 加載裝置

試驗(yàn)開始時(shí)，首先施加豎向荷載，考慮到實(shí)驗(yàn)室加載條件限制，中柱和邊柱按照實(shí)際軸壓比0.15，墻體按實(shí)際軸壓比0.12進(jìn)行施加，試驗(yàn)軸壓比較實(shí)際結(jié)構(gòu)的小.在試驗(yàn)過程中，軸壓力保持不變.根據(jù)JGJ 101―1996《建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程》[13]，水平加載采用位移控制的方法.先以作動(dòng)器水平位移分別為2，3，4，5，6，7 mm進(jìn)行加載，每個(gè)位移值循環(huán)1次，然后分別以8，16，24，32，40，48，56 mm(即按試件總高的0.25%，0.50%，0.75%)進(jìn)行加載，每個(gè)位移值循環(huán)3次，加載至試件水平荷載降至峰值荷載的85%以下或滯回環(huán)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)終止試驗(yàn).定義作動(dòng)頭伸長為正向加載(即圖4中作動(dòng)器向左為正向)，縮短為負(fù)向加載.

試驗(yàn)時(shí)在框架邊柱外側(cè)一、二層框架梁截面形心對應(yīng)位置布置了位移計(jì)，用來量測試驗(yàn)過程中一、二層的位移.試件制作時(shí)在一、二層剪力墻底部縱筋、框架梁上下水平縱筋兩端、框架柱底縱筋距半灌漿頂面20 mm處粘貼了電阻應(yīng)變片，用來量測試驗(yàn)過程中試件各部位鋼筋的應(yīng)力水平.用DH3816靜態(tài)測試系統(tǒng)采集記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù).

2 試驗(yàn)現(xiàn)象

2.1 試件RCFW

正式試驗(yàn)前，先按計(jì)算的豎向荷載值施加軸力，水平荷載按預(yù)估的開裂荷載的20%預(yù)加載兩次，檢查儀器等一切正常后進(jìn)行正式加載[13].

正向加載位移至56.0 mm(803 kN)時(shí)，一層墻體兩側(cè)邊柱根部縱筋壓屈裸露，箍筋鼓脹，混凝土壓潰、剝落愈加明顯.一層右側(cè)邊柱右側(cè)面底部上裂縫開展，其中一條裂縫寬度達(dá)2.5 mm，一、二層右側(cè)梁右端根部豎向通縫寬度達(dá)3.2 mm；負(fù)向加載位移至56 mm過程中，一層墻體兩側(cè)邊柱根部混凝土壓碎、剝落更加明顯，試件發(fā)出異常聲響；位移56.0 mm第3次循環(huán)正向加載時(shí)水平推力下降較快，墻體上部豎向千斤頂力很難維持.此時(shí)正負(fù)向最大水平推力均已降至最大荷載值85%以下，同時(shí)出于安全考慮，加載結(jié)束.試驗(yàn)結(jié)束后試件典型部位的破壞見圖5.

圖5 試件RCFW破壞現(xiàn)象

2.2 試件PCFW1

試件PCFW1加載方法同試件RCFW.正向加載位移至3.0 mm (298 kN)時(shí)，一層墻體右側(cè)邊柱右側(cè)面距地梁頂面約230 mm處出現(xiàn)一條寬度約0.1 mm的橫向裂縫；正向加載位移至4.0 mm (377 kN)時(shí)，二層右側(cè)梁左端上部出現(xiàn)一條豎向裂縫；負(fù)向加載位移至4.0 mm (161 kN)時(shí)，一層墻體左側(cè)邊柱左側(cè)面距地梁頂面350 mm處出現(xiàn)一條寬度約0.1 mm的水平縫，隨后施加荷載過程中，此水平縫由墻體邊緣向墻體中部緩慢開展.

正向加載位移至8.0 mm (543 kN)時(shí)，一層墻體上“/”狀斜向裂縫密集開展.一層右側(cè)梁右端形成豎向貫穿狀裂縫，裂縫最大寬度0.5 mm，二層梁上原有裂縫繼續(xù)開展.負(fù)向加載位移至16.0 mm (612 kN)時(shí)，一層墻體自下而上出現(xiàn)多條“”狀斜向裂縫，一層右側(cè)梁右端上表面出現(xiàn)多條斜向受拉裂縫，二層右側(cè)梁左下、右上部位出現(xiàn)多條豎向受拉裂縫；一、二層左側(cè)梁左下、右上部位出現(xiàn)若干條豎向受拉裂縫.

正向加載位移至56 mm (1 040 kN)時(shí)，一層剪力墻左右側(cè)邊柱根部200 mm范圍內(nèi)，混凝土嚴(yán)重剝落.一層墻體暗梁右側(cè)處出現(xiàn)一條斜向裂縫，墻體原正向開展裂縫均處于張開狀態(tài)，最大裂縫寬度2.0 mm。一層右側(cè)梁右端塑性鉸繼續(xù)開展，一層中節(jié)點(diǎn)右側(cè)梁端縱筋壓屈，混凝土嚴(yán)重剝落，左側(cè)梁梁根部裂縫寬度達(dá)6 mm。負(fù)向加載位移至56 mm (892 kN)時(shí)，一、二層右側(cè)梁右端靠近剪力墻部位破壞嚴(yán)重，有多條豎向貫穿裂縫形成，最大寬度3～5 mm，梁端混凝土嚴(yán)重剝落，鋼筋外露.試件框架部分最終破壞均呈明顯的梁端彎曲破壞，框架一層中節(jié)點(diǎn)左右側(cè)梁端混凝土成塊剝落.框架一、二層柱坐漿層原裂縫幾乎不開展，這說明灌漿套筒具有可靠的連接性能.

正向加載至位移 56 mm (第3次循環(huán))時(shí)，加載接近最大位移時(shí)水平推力下降較快，墻體上部豎向力下降較快，試件發(fā)出異常聲響.此時(shí)正負(fù)向荷載均已降至最大荷載值85%以下，停止加載.此時(shí)實(shí)測一層梁截面形心處位移為70.15 mm，二層梁截面形心處位移為33.06 mm；一層對應(yīng)層間位移角約為1/44，二層對應(yīng)層間位移角約為1/43，均已遠(yuǎn)大于規(guī)范[14]規(guī)定的鋼筋混凝土框-剪結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角限值1/100，說明采用現(xiàn)澆剪力墻預(yù)制框架的裝配式框-剪結(jié)構(gòu)有較好的位移延性.

文獻(xiàn)管理和使用能力 在文獻(xiàn)收集過程中，文獻(xiàn)體量較大，內(nèi)容豐富復(fù)雜，學(xué)生的文獻(xiàn)管理能力需要提高。為此，介紹和要求學(xué)生選用NoteExpress、EndNote等參考文獻(xiàn)管理工具，借助文獻(xiàn)管理工具具有的主題分類和隨時(shí)筆記的便捷性和優(yōu)勢性，提高學(xué)生文獻(xiàn)管理能力。另外，學(xué)生在寫作畢業(yè)論文過程中需要經(jīng)常引用文獻(xiàn)，并隨時(shí)可能對文獻(xiàn)順序進(jìn)行調(diào)整。為此，指導(dǎo)學(xué)生科學(xué)使用文獻(xiàn)管理工具，能夠邊寫作邊引用，以及運(yùn)用行文中參考文獻(xiàn)的自動(dòng)排序功能，從而提高文獻(xiàn)使用能力以及引用文獻(xiàn)的規(guī)范性，促進(jìn)寫作效率的提高。

整個(gè)試驗(yàn)過程中，未見新舊混凝土結(jié)合面上首先出現(xiàn)開裂，新舊混凝土未發(fā)生剝離破壞，梁上豎向裂縫的開展位置與現(xiàn)澆試件類似，這說明后澆混凝土與預(yù)制混凝土在結(jié)合面黏結(jié)良好，具有良好的協(xié)同工作性能.

觀察二層邊節(jié)點(diǎn)梁端的破壞，先是梁端出現(xiàn)若干豎向裂縫，隨著加載位移的增大，裂縫開展部位由梁端向跨中延伸，裂縫長度不斷發(fā)展，個(gè)別裂縫最終發(fā)展為豎向貫穿狀裂縫，整個(gè)試驗(yàn)過程中，直至梁上部縱筋屈服，梁端塑性鉸明顯開展，未見縱筋發(fā)生明顯的滑移.這說明采用現(xiàn)澆剪力墻預(yù)制框架裝配式框-剪結(jié)構(gòu)中，頂層邊節(jié)點(diǎn)梁上鋼筋彎錨可用鋼筋焊端錨板代替.試件典型部位的破壞見圖6.

圖6 試件PCFW1破壞現(xiàn)象

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 荷載-位移滯回曲線

試件RCFW，PCFW1的滯回曲線、骨架曲線分別如圖7和圖8所示.可見2個(gè)試件的滯回曲線均比較飽滿，具有良好的耗能能力.試件RCFW正向最大荷載為1 046.2 kN，對應(yīng)加載點(diǎn)處位移為39.8 mm，負(fù)向最大荷載為983.3 kN，對應(yīng)加載處位移為49.7 mm.試件PCFW1正向加載最大荷載為1 148.0 kN，對應(yīng)加載點(diǎn)位移為39.0 mm，負(fù)向最大荷載為1 005.0 kN，對應(yīng)加載點(diǎn)位移為40.6 mm.正向時(shí)試件PCFW1比RCFW最大承載力大9.7%，負(fù)向時(shí)大2.2%，且正向時(shí)兩試件均在加載級40 mm第1個(gè)循環(huán)最大位移40 mm附近達(dá)到最大承載力，負(fù)向時(shí)均在加載級48 mm第1個(gè)循環(huán)最大位移48 mm附近達(dá)到最大承載力.

(a)試件RCFW

(b)試件PCFW1 圖7 試件力-位移滯回曲線

圖8 試件力-位移骨架曲線

由圖7(b)可見，試件PCFW1在加載級56 mm第1個(gè)循環(huán)之前，滯回環(huán)曲線呈典型的“弓形”，試件耗能較好.56 mm第2個(gè)循環(huán)時(shí)滯回環(huán)發(fā)展為“反S形”，滯回曲線“捏攏”較為嚴(yán)重，耗能大幅下降，這主要是加載后期剪力墻已進(jìn)入彈塑性階段末段，剪力墻部位的鋼筋滑移量與剪切變形的影響增大而導(dǎo)致.56 mm第3個(gè)循環(huán)時(shí)鋼筋的滑移量進(jìn)一步加大，墻體上剪切裂縫影響也加大，試件滯回耗能有所下降，此循環(huán)正負(fù)向最大位移時(shí)的承載力比第2個(gè)循環(huán)正負(fù)向最大位移時(shí)有再明顯下降.此時(shí)實(shí)測的一、二層最大層間位移角均大于1/45，已遠(yuǎn)大于混凝土框-剪結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的層間位移角限值1/100[14].在整個(gè)加載過程中承載力隨剛度的退化逐漸降低，未出現(xiàn)急劇突降，這說明現(xiàn)澆剪力墻預(yù)制框架裝配整體式框-剪結(jié)構(gòu)的整體性較好，地震中有可靠的抗倒塌能力.

3.2 延性系數(shù)和變形能力

定義位移延性系數(shù)μ=Δu/Δy，其中Δy為試件屈服時(shí)加載點(diǎn)位移，Δu為試件極限點(diǎn)對應(yīng)的加載點(diǎn)位移.定義水平荷載下降至峰值荷載的85%為極限點(diǎn).表3列出了試件的屈服位移Δy、峰值位移Δp、極限位移Δy及對應(yīng)的特征荷載等.可以看出，裝配式試件PCFW1與全現(xiàn)澆試件RCFW相比，正向時(shí)的屈服荷載Fy、峰值荷載Fp、極限荷載Fu分別大4.7%,9.7%和4.7%；負(fù)向時(shí)的屈服荷載、峰值荷載、極限荷載分別大5.3%,2.2%和5.3%；正負(fù)向平均后的值分別大5.0%,2.2%和5.0%.可見試件PCFW1的各特征荷載值均大于全現(xiàn)澆對比試件RCFW的相應(yīng)值，但其差值均小于10.0%，這說明設(shè)計(jì)施工良好的裝配式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的承載力與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相當(dāng)，甚至略高于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu).

表3 荷載特征值及位移延性系數(shù)

由表3還可見，試件PCFW1的延性系數(shù)μ較試件RCFW的小，正向時(shí)小13.3%，負(fù)向時(shí)小14.3%，正負(fù)向平均后小13.8%.綜上可見，裝配式試件PCFW1的延性較現(xiàn)澆式試件RCFW略差.分析原因，是因裝配式試件PCFW1的框架節(jié)點(diǎn)處的混凝土強(qiáng)度較試件RCFW相應(yīng)處的高，同時(shí)在其梁端部后澆區(qū)下部鋼筋重疊搭接，由于塑性鉸區(qū)配筋增加，導(dǎo)致塑性鉸出現(xiàn)滯后發(fā)展不充分，同時(shí)使得連梁、框架梁的剛度增大，整體抗側(cè)能力增強(qiáng)、延性降低.相比現(xiàn)澆試件，裝配式試件梁端塑性鉸開展的區(qū)域較小，裂縫主要分布在塑性鉸中心附近，且裂縫開展寬度較小.

3.3 耗能能力

能量耗散系數(shù)E的大小可以用來衡量結(jié)構(gòu)在地震中的耗能能力.E按照式(1)進(jìn)行計(jì)算[13]，如圖9所示，即用滯回曲線所包圍的面積除以三角形OBE和ODG的面積之和.

E=S(ABC+CDA)/S(OBE+ODG)

(1)

圖9 能量耗散系數(shù)E的確定

取試驗(yàn)時(shí)每一加載級第1個(gè)循環(huán)滯回曲線所包圍的面積，計(jì)算得到的兩個(gè)試件的耗能情況如圖10所示.可見，初始階段時(shí)試件PCFW1的耗能能力較試件RCFW差，但在8 mm以后，其耗能穩(wěn)步增長.隨后在32 mm附近時(shí)試件RCFW耗能大于試件PCFW1，但之后又迅速減小，整個(gè)過程中表現(xiàn)出了耗能波動(dòng)的特點(diǎn).而裝配式試件PCFW1在整個(gè)加載過程中，隨著加載位移的增大，其耗能穩(wěn)定增長，并在試驗(yàn)結(jié)束階段耗能達(dá)到最大，且明顯大于現(xiàn)澆試件RCFW.這說明裝配式試件PCFW1在整個(gè)加載過程中，試件耗能穩(wěn)定增長，無突變等，具有較好的耗能特性.

圖10 能量耗散曲線對比

3.4 應(yīng)變分析

按前述應(yīng)變測量方案(圖1(b))，測得一層中柱、邊柱的鋼筋應(yīng)變情況，其中中柱縱筋應(yīng)變?nèi)鐖D11所示，正向加載過程中，中柱左側(cè)縱筋處于受拉狀態(tài)，隨著加載位移的增大，應(yīng)力迅速增加，當(dāng)一層位移達(dá)約8.0 mm時(shí)，鋼筋屈服.負(fù)向加載過程中，當(dāng)一層位移達(dá)約8.0 mm時(shí)，鋼筋屈服；中柱中部縱筋在正負(fù)向加載過程中，鋼筋始終處于受壓狀態(tài)，當(dāng)加載至末段時(shí)，鋼筋接近受壓屈服；中柱右側(cè)縱筋的受力情況與左側(cè)縱筋的受力大體相反，正向加載過程中，鋼筋處于受壓狀態(tài)，負(fù)向加載過程中，鋼筋處于受拉狀態(tài)，隨著加載位移的增大，受壓、受拉時(shí)，鋼筋均發(fā)生屈服.綜上可見，灌漿套筒能可靠傳遞柱縱向鋼筋的應(yīng)力，采用灌漿套筒連接的柱-柱接頭是安全可靠的.

(a) 中柱鋼筋D1應(yīng)變圖

(b) 中柱鋼筋D3應(yīng)變圖 圖11 一層中柱柱底縱筋應(yīng)變曲線

3.5 塑性鉸開展

試驗(yàn)前在梁、柱的縱筋，剪力墻邊柱的縱筋上分別粘貼了電阻應(yīng)變片，用以測量試驗(yàn)時(shí)試件各部位鋼筋的應(yīng)力水平.由表1實(shí)測鋼筋力學(xué)性能可計(jì)算出鋼筋的屈服應(yīng)變值，比較實(shí)測的鋼筋應(yīng)變值可判斷縱向鋼筋是否屈服.定義試件各部位某一側(cè)的縱向鋼筋發(fā)生屈服時(shí)，即認(rèn)為該部位已出現(xiàn)塑性鉸.

按上述定義，實(shí)測的試件各部位的塑性鉸出鉸順序如圖12所示.由圖可見，至試驗(yàn)結(jié)束，兩個(gè)試件均在一層墻體底部兩側(cè)，一層框架柱底部，一二層框架梁梁端出現(xiàn)塑性鉸，表現(xiàn)為典型的延性破壞機(jī)制.試件塑性鉸均是首先出現(xiàn)在墻體底部，隨后出現(xiàn)在一層右側(cè)梁右端靠近墻體部位.

(a)RCFW出鉸順序 (b)PCFW1出鉸順序 圖12 試件塑性鉸出鉸順序

由圖12還可見，二層右側(cè)梁上塑性鉸的出現(xiàn)要早于二層左側(cè)梁，即表明試件右側(cè)梁均較相應(yīng)左側(cè)梁先期進(jìn)入塑性狀態(tài)，試驗(yàn)中耗能的周期較左側(cè)梁長，試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)一二層右側(cè)梁的破壞也較左側(cè)嚴(yán)重，如圖6(a)，(b)所示.建議連梁與剪力墻連接處的下部縱筋采用灌漿套筒連接，使剪力墻上水平抗力能有效傳遞至框架，保證地震作用下剪力墻、框架的協(xié)同受力機(jī)制.

4 結(jié) 論

本文通過低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，研究了縮尺比例為1/2，現(xiàn)澆剪力墻預(yù)制框架裝配整體式框-剪結(jié)構(gòu)的抗震性能，得到如下結(jié)論：

1)裝配式試件PCFW1與全現(xiàn)澆對比試件RCFW的滯回曲線均較為豐滿，均具有穩(wěn)定的滯回性能特性.兩個(gè)試件的破壞過程、破壞機(jī)制和最終破壞形態(tài)基本相同，均表現(xiàn)為典型的延性破壞機(jī)制.裝配式試件PCFW1的屈服荷載、峰值荷載、極限荷載均略大于試件RCFW的相應(yīng)值，但其差值均小于10.0%，延性系數(shù)正向時(shí)小13.3%，負(fù)向時(shí)小14.3%，正負(fù)向平均后小13.8%.

2)試件PCFW1的框架裝配結(jié)合面坐漿層上較早出現(xiàn)裂縫，但裂縫不隨加載位移的增大而線性開展，柱后續(xù)裂縫開展與現(xiàn)澆試件相似，說明灌漿套筒可以有效地傳遞縱向鋼筋應(yīng)力.

3)將世構(gòu)體系框架應(yīng)用至現(xiàn)澆剪力墻裝配整體式框-剪結(jié)構(gòu)中，頂層邊節(jié)點(diǎn)處梁上鋼筋彎錨可用鋼筋焊端錨板代替.

4)裝配式試件PCFW1連梁的破壞較嚴(yán)重.建議工程實(shí)踐中對連梁與剪力墻連接處的下部縱筋采用灌漿套筒連接，使剪力墻上水平抗力能有效地傳遞至框架，保證地震作用下剪力墻、框架的協(xié)同受力機(jī)制.

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Experimental Investigation on Seismic Performance of Precast Concrete Frame-shear Wall Structures Comprised of Cast-in-place Concrete Shear Walls

MA Junwei1，PAN Jinlong1?，JIANG Sutong1，YIN Wanyun2，LIU Shoucheng2

(1.Key Laboratory of Concrete and Prestressed Concrete Structures of Ministry of Education， Southeast University，Nanjing 210096，China; 2.China MCC17 Croup Corp，Ltd，Maanshan 234000，China)

1674-2974(2017)09-0063-09

10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2017.09.008

2016-07-25

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51278118)，National Natural Science Foundation of China (51278118) ；中國中冶“三五”重大科技專項(xiàng)資助項(xiàng)目(中冶科[201]1號),The Third Five-Year Major Scientific and Technological Project of China Metallurgical Group Corporation(201-1)

馬軍衛(wèi)(1981—)，男，陜西蒲城人，東南大學(xué)博士研究生

?通訊聯(lián)系人，E-mail：jinlongp@gmail.com

TU375;TU317.1

A