翟治鹏

本文提出了一种全螺栓连接装配式低层墙板结构体系，该体系由高强螺栓连接件连接。为研究该体系的抗震性能，本文对高强螺栓连接件进行静力加载试验，对该体系剪力墙构件进行拟静力试验，并基于试验数据进行有限元分析研究。本文的研究可为装配式建筑设计和工业化建造提供参考。

1 剪力墙拟静力试验

1.1 试件及加载装置

试验中设计了一个足尺的螺栓连接装配式剪力墙试件，其高度为3000mm，宽度为1550mm，宽度为150mm。墙体混凝土强度等级为C30，内部钢筋骨架采用直径为6mm，间距为250mm的HRB400钢筋，钢筋双向双层布置。墙板与底座之间的缝隙采用德高瓷砖胶填实。高强螺栓连接采用扭矩扳手安装，扭矩控制为550kN.m。试件的尺寸及配筋如图1所示。

试件竖向荷载通过千斤顶施加，设计轴压比为0.1，施加轴向压力为332kN。水平方向通过MTS作动器施加循环荷载，循环荷载采用力、位移混合控制，试件屈服采用力控制，每级荷载为10kN，屈服后采用位移控制，按屈服位移倍数进行加载控制，每次加载循环两次。试验的加载方案及加载装置分别如图2、图3所示。

1.2 试验现象及结果

在试验加载初期，试件顶端位移随着水平荷载线性增长，构件处于弹性状态。当加载至100kN时，试件坐浆层出现微小裂缝，如图4（a）所示。当荷载接近170kN时，受压区墙角出现竖向受压裂缝，如图4（b）所示，随后混凝土损伤加快。继续增大荷载，受压区墙角混凝土压碎剥落，连接件锚固钢筋被压屈，受拉区连接件钢板产生弯曲变形。当荷载达到178.6kN时，锚固钢筋焊点处被拉裂，承载能力迅速下降。试验过程中墙体未发现弯曲横向裂缝及受剪斜裂缝，破坏集中于高强螺栓连接件。试件的破坏模式为受压区混凝土压碎，受拉区连接件拉断，破坏形态如图4（c）所示

图5所示为剪力墙的滞回曲线和骨架曲线。在荷载控制加载阶段，试件滞回环较为狭长且包络的面积很小，卸载后其侧向残余变形很小，试件基本处于弹性阶段，其耗能不明显。在位移控制加载阶段，构件刚度开始逐渐退化，随着位移的增大，滞回环面积逐渐增大，耗能逐渐增加，试件进入塑性状态，其滞回曲线表现为有一定捏缩效应的“弓形”滞回曲线，试件破坏时残余变形较小。从骨架曲线可以看出，曲线的屈服平台段较长。总体来说，该试件具有较好的耗能能力和延性性能。

2 有限元分析

2.1 建模方法

采用ETABS软件对上述剪力墙进行建模计算，建模方法如图6所示。剪力墙采用分层壳单元模拟，包括1层混凝土层及4层钢筋层，混凝土及钢筋的本构关系如图7所示。剪力墙与基础界面接触采用GAP单元模拟，为保证力的传递，GAP单元应设置较大的刚度。界面的摩擦力在模拟中不考虑。

对剪力墙进行单调加载，计算得到混凝土的应力分布如图8所示。对比剪力墙试验现象可以发现，模拟计算的应力分布规律与试件破坏形态一致。图9给出了模拟和试验荷载位移曲线的对比，观察图可知，模拟曲线与试验曲线吻合很好，其初始刚度及峰值荷载均较为接近。为了对比两者的损伤发展情况，定义损伤因子为：

                                               （1）

式中，D_i为第i荷载步的损伤因子，K_i为第i荷载步的割线刚度，K₀为初始刚度，D_i越大，试件损伤程度越大。图10所示为损伤因子的比较，图中可以看出，模拟与试验损伤因子的变化规律基本相同。综上所述，本文采用的建模方法是准确的。

3 结论

本文对螺栓连接的装配式剪力墙进行了试验，试验结果表明其具有良好的抗震性能。基于ETABS剪力了剪力墙有限元模型，该数值模型能准确地预测剪力墙的非线性行为。