新论文：带可更换脚部件装配式RC剪力墙试验研究

陆新征课题组

2023年07月14日 19:00

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eqe.3957

DOI: 10.1002/eqe.3957

研究背景

钢筋混凝土（RC）剪力墙是高层建筑的主要抗侧力构件。基于延性设计考虑，剪力墙通常设计成弯曲受力模式，破坏时主要表现为：墙体脚部混凝土压碎，边缘纵筋压屈或拉断，破坏难以修复或修复时间较长，造成严重的经济损失。

装配式结构具有施工方便、施工周期短和节能环保等特点，符合国家推行的“可持续发展”和“双碳”理念，也满足“建筑工业化，住宅产业化”的新型建筑工业化的发展要求。相较于现浇RC墙，装配式RC墙的施工工艺在可更换性上具有独特的优势。为此，本文提出了一种带可更换脚部件的装配式RC剪力墙，通过试验研究了以下问题：（1）带可更换脚部件的装配式RC墙能否实现与现浇RC墙性能等同；（2）脚部件的承载力对装配式RC墙受力性能的影响；（3）更换脚部件后，损伤的墙体能否实现性能快速恢复。

试验设计

按照“强剪弱弯”原则设计了3片带可更换脚部件的装配式RC墙和1片现浇RC墙，编号为PCW1、PCW2、PCW3和RCW，墙体截面尺寸和配筋见图1和图2。3片装配式墙的非更换部分完全相同（且与现浇试件一致），但脚部件承载力不同，脚部件的构造和受力模式如图3所示。PCW1、PCW2和PCW3试件的脚部件抗拉承载力与RCW试件的边缘构件抗拉承载力之比n_t分别为0.6、1.0和1.7。对比PCW1~PCW3试件可研究可更换脚部件强度的影响；对比PCW2和RCW试件可研究装配式RC墙能否实现与现浇RC墙性能等同。其他试件一次性加载至破坏，对于PCW1试件，首先加载至1%位移角，然后更换脚部件并且再次加载至试件破坏，研究装配式RC墙损伤后能否通过更换脚部件，实现性能快速恢复。

图1 现浇RC墙截面尺寸和配筋信息

图2 装配式RC墙截面尺寸和配筋信息

图3 可更换脚部件构造和受力模式

试验结果

（一）带可更换脚部件装配式RC墙破坏模式

图4对比了带不同强度脚部件装配式RC墙的破坏模式和滞回曲线。脚部件强度较小的PCW1和PCW2试件（n_t ≤ 1.0），损伤主要集中在脚部件，表现为内嵌钢板受压屈曲和受拉断裂，脚部件的破坏过程如图5所示。而对于脚部件强度较大的PCW3试件（n_t = 1.7），试件破坏前脚部件内嵌钢板并未出现屈曲和断裂，而是损伤延伸到非更换区域，如图4(c)。结果表明：为了实现带可更换脚部件装配式RC墙损伤集中到脚部可更换区域，脚部件的承载力不宜过大，建议与非更换区域边缘构件的抗拉承载力一致。

(a) PCW1, n_t = 0.6

(b) PCW2, n_t = 1.0

图4 不同脚部件装配式RC墙破坏模式和滞回曲线

图5 脚部件内嵌钢板受压屈曲和受拉断裂过程

（二）带可更换脚部件装配式RC墙和现浇RC墙对比

图6对比了带可更换脚部件装配式RC墙与现浇RC墙的破坏模式和滞回曲线，可以看出：当可更换脚部件的抗拉承载力与现浇RC墙边缘构件抗拉承载力相等时，基本实现了装配式RC墙与现浇RC墙承载力、刚度和滞回特性等同，且由于装配式RC墙腹板与基础断开，墙体非更换区域的裂缝明显少于现浇RC墙。装配式PCW2试件的峰值承载力比现浇RCW试件高10%，但装配式墙体的变形能力小于现浇墙体。

(a) 现浇RC墙

(b) 装配式RC墙

图6 装配式RC墙与现浇RC墙对比

（三）脚部件更换前/后装配式RC墙受力性能对比

图7对比了脚部件更换前/后装配式RC墙开裂模式和滞回曲线。可以看出：脚部件更换前（θ = 1.0%），墙体未开裂；更换之后，直至加载结束，墙体非更换区域产生了几条细裂缝。更换脚部件削弱了装配式RC墙在0.25%位移角之前的承载力和刚度。当位移角大于0.5%时，更换脚部件对装配式RC墙的承载力、刚度和滞回特性影响很小,如图8所示。结果表明：本文提出的带可更换脚部件的装配式RC墙，能够实现更换脚部件后，墙体的受力性能快速恢复。