0 引 言

建筑模网混凝土墙体是一种全新的建筑结构，由钢板网（蛇皮网）、竖向加劲肋和交错连接的水平折钩拉筋构成空间网架结构，内浇不振捣自密实混凝土后制成［1］.由于建筑模网的渗滤效应、消除容器效应、环箍效应和限裂效应，在施工过程中可以方便地实现不支模板与免振捣，施工方便快捷，并具有节能、环保等优点，在法国、美国、澳大利亚及我国较多工程项目中获得了应用［2、3］.王立久开展了建筑模网混凝土的系统性研究，认为其渗滤效应可使模网内新浇混凝土通过渗流排除多余水分，降低水灰比，提高混凝土强度，渗滤的同时又消除混凝土中较大气泡，消除钢木模板所造成的容器效应，使模网混凝土实现不振捣自密实.环箍效应使模网混凝土处于三向受压状态，可使模网混凝土比普通混凝土强度提高；且建筑模网的三维空间整体结构，特别是钢板网具有的明显限裂作用，可使模网混凝土干缩值仅为普通混凝土的1／7～1／6［1、4、5］.何远宏［6］通过22片模网混凝土墙体的抗震性能试验，并基于理论分析和数值模拟，获得了模网混凝土墙体抗震能力的初步认识，提出了模网混凝土墙体的抗震设计方法；冯鹏等［7、8］在模网混凝土墙体的基础上外加薄壁型钢作为受力构件，开展了钢网构架混凝土复合结构的抗震能力试验，验证了这种新型结构体系的抗震能力.

总体来看，我国关于模网混凝土的研究仍处于起步阶段，特别是对其抗震能力的研究较少，关于模网混凝土的抗震设计，更多的是借助于《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2002）［9］和《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）［10］执行，与我国目前模网混凝土在工程中应用的快速发展不相适应.为此本文进行6个模网混凝土墙体的抗震性能拟静力试验，重点研究其破坏形态、滞回曲线、变形能力和抗剪承载力，并结合国内其他试验结果，对模网混凝土的抗剪强度进行研究，为促进此种结构的应用提供参考依据.

1 试验概况

1.1 模网混凝土墙介绍

本文选用模网厚度均为160 mm，宽度为530 mm和990 mm两种，如图1所示.其中钢板网由蛇皮网和V形肋构成，V形肋起到增加钢板网刚度和控制其与加劲肋间隔的作用，蛇皮网起到渗滤作用.折钩拉筋为5冷轧带肋钢筋，沿两侧加劲肋间距100 mm交错放置，折钩拉筋主要起到水平拉结作用，使建筑模网形成空间结构，并对混凝土提供环箍作用.加劲肋用镀锌带钢经特殊加工制成，主要起到支撑立面骨架作用，加劲肋抗拉强度≥370 MPa，屈服强度≥240 MPa，伸长率≥18%，基本尺寸为（47.0±0.5）mm×（17.8± 0.5）mm×0.5 mm（厚度）.

1.2 试件设计

图1 建筑模网混凝土墙体Fig.1 The concrete walls with construction formwork

图2 建筑模网混凝土矮墙试件设计详图Fig.2 Design details of the squat concrete walls with construction formwork

共设计了6片墙体试件，为W1～W6试件，各试件尺寸及配筋情况如图2所示，其中W1为普通钢筋混凝土墙体，配有8＠300的水平及竖向分布钢筋（配筋率约为0.1%），为保证墙体抗弯承载能力，端部配有225竖向钢筋；W2按模网原始设计，不另配水平及竖向分布钢筋，端头配225竖向钢筋，验证原设计模网混凝土墙体的抗震性能；W3同W2，只是在混凝土初凝后将表面钢板网拆除，研究钢板网对模网混凝土墙体抗震能力的影响；W4同W2，但拆除加筋肋，以木撑在钢板网外支撑，以确保浇筑时的刚度，W4主要用以研究加劲肋对模网混凝土墙体抗震能力的影响；W5在W2的基础上每间隔一个加劲肋（456 mm）加配26竖向分布钢筋，确定竖向分布钢筋的作用.W2～W5试件均采用2片990 mm宽的模网；W6同W2，但改用2片530 mm和1片990 mm宽模网，以确定模网拼接产生的竖向缝对墙体抗震能力的影响.模网拼接详细情况如图3所示.

实测混凝土150 mm×150 mm×150 mm试块抗压强度为42 MPa；5折钩拉筋、25纵筋屈服强度分别为523和350 MPa.

图3 模网混凝土墙体拼接缝详图Fig.3 Design details of segment gap of the concrete wall with construction formwork

1.3 加载设备及加载历程

试验在中国建筑科学研究院完成，试验加载装置如图4所示，试件通过锚栓固定于地面，顶部由竖向千斤顶施加轴向荷载N＝600 k N（对应轴压比约为0.07），试验过程中保持不变，竖向千斤顶通过滑板与反力架横梁相连，可保证轴力始终向下.侧向荷载通过固定于反力墙上的水平千斤顶逐级施加，直至试件破坏.

2 试验结果及分析

2.1 试件破坏现象

模网混凝土墙体（W2～W6）与普通混凝土墙体（W1）试件表现出较为相似的破坏过程，主要为加载初期，试件底部首先出现水平弯曲裂缝，随侧向荷载增大，水平裂缝逐渐增多，裂缝宽度增大并扩展为弯剪斜裂缝，并伴随新的裂缝产生；加载后期，裂缝相互交错贯通，试件最终出现主斜裂缝并发生脆性破坏，承载力迅速下降，试验结束.

图4 试验加载装置Fig.4 Test setup

图5 试件的破坏形态Fig.5 The failure patterns of the specimens

各试件的最终破坏形态如图5所示，可以看出，W3与W4试件沿两个加载方向出现较为明显的剪切破坏面，其余试件基本沿一个方向产生剪切破坏面；W2与W4试件沿模网拼缝出现竖向裂缝，但未成为主要破坏形态；分别拆除表面钢板网和加劲肋的W3与W4试件表面混凝土出现较多的剥落，可发现加劲肋的鼓曲与钢板网拉断破坏情况，如图6所示.

图6 加劲肋与钢板网的破坏形态Fig.6 Damage patterns of the stiffening rib and expanded metal lath

2.2 试件滞回曲线与骨架曲线

各试件的侧向荷载F与顶部位移Δ滞回曲线如图7所示，骨架曲线如图8所示.可以看出，墙体发生开裂破坏前各试件滞回曲线基本呈直线，滞回环面积基本为零，试件处于弹性工作状态；随侧向荷载增大，由于混凝土开裂和纵筋屈服，滞回曲线斜率逐渐减小，试件刚度退化，滞回环面积加大，试件残余变形增加，试件达极限荷载后承载能力快速降低，直至试验结束.总体来看，各试件延性变形能力均较低.但试件滞回曲线的“捏拢”现象并不严重，说明试件纵筋、加劲肋与混凝土之间的滑移现象并不严重［11、12］.需要说明，试验过程中出现的疏漏使得W1与W6试件两个方向的加载并不对称，但不影响本研究的定性结论.

2.3 试件抗剪强度与变形能力

图7 试件的滞回曲线Fig.7 Hysteretic curves of the specimens

各试件的极限承载力Fu、屈服位移Δy、极限位移Δμ、位移延性系数μΔ、极限位移Δμ与试件高度H的比值等主要试验结果见表1，各参数的定义方式同文献［13］.总体来看，各模网混凝土墙体基本达到了与普通混凝土墙体相当的抗剪能力，但变形能力偏低.拆除表面钢板网的W3试件抗剪强度与变形能力均明显偏低，说明钢板网对模网混凝土墙体的抗震有利.拆除加劲肋的W4试件承载力较W2试件偏低，但变形能力与W2试件相当；配有竖向分布钢筋的W5试件抗剪承载力略高于其他试件，但变形能力较差，表明模网混凝土墙内增加竖向分布钢筋不增加其延性；W6试件的抗剪能力与变形能力与其他试件相比未表现出明显差异，表明模网竖向拼缝对其抗震能力影响不大.需要说明，由于横向水平钢筋对剪力墙抗震性能的有利影响是众多研究的普遍结论［14、15］，本文中W1试件的水平分布钢筋配筋率约为0.1%，对W2～W6试件，水平折钩拉筋换算配筋率为0.092%，与W1试件相当.

图8 试件的骨架曲线Fig.8 The skeleton curves of the specimens

表1 主要试验结果Tab.1 Main test results

3 模网混凝土矮墙抗剪强度分析

我国《建筑模网混凝土结构技术规程》（DB 21／T1210—2004）［16］对模网混凝土墙体抗剪承载力的规定借鉴了《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2002）的规定，考虑地震作用组合的剪力墙斜截面抗震受剪承载力计算公式为

式中：ft为混凝土抗拉强度；λ为计算截面的剪跨比，且1.5≤λ≤2.2；N为轴力，且N≤0.2fcbnh，fc为混凝土抗压强度，bn为模网墙的计算净宽度，且bn＝b－10 mm，b为模网的名义宽度；h0为墙体有效高度；Ash为配置在同一水平截面内的水平分布钢筋的全部截面积；s为水平钢筋竖向间距；fyv为水平钢筋抗拉强度；Ashe为模网混凝土墙体内折钩拉筋的折算面积；se为折钩拉筋竖向间距；fyve为折钩拉筋抗拉强度；γRE为构件承载力抗震调整系数.

将实测混凝土强度和水平分布钢筋、折钩拉筋强度代入上式进行计算，试件混凝土轴心抗压强度fc和抗拉强度ft与150 mm×150 mm×150 mm立方体试块的抗压强度fcu按下列关系换算［17］：

式中：α1为棱柱体强度与立方体强度之比，α2为高强混凝土的脆性折减系数，0.88为考虑实际构件与试块混凝土强度之间的差异而采用的折减系数.

可以看出，《建筑模网混凝土结构技术规程》（DB 21／T1210—2004）对模网混凝土墙体的抗剪强度主要考虑了混凝土、轴力、水平箍筋及折钩拉筋的贡献.为了对模网混凝土墙体的抗剪强度获得更清晰认识，以本文的6个试件及文献［6］中发生剪切及弯剪的20个墙体试件试验结果与式（1）进行对比，结果如图9所示.26个试件中，包括5个普通混凝土墙体试件和21个模网混凝土墙体试件.5个普通混凝土墙体试件中，抗剪强度试验值与计算值之比Fu／V在1.14～1.75，平均为1.37；21个模网混凝土墙体试件中，抗剪强度试验值与计算值之比在1.09～1.77，平均为1.41.可以看出，《建筑模网混凝土结构技术规程》（DB 21／T1210—2004）对模网混凝土矮墙的抗剪强度有足够的保证，同时，模网混凝土墙体的抗剪强度与普通混凝土墙体相比未表现出明显差异.

图9 模网混凝土墙体抗剪强度对比Fig.9 Comparison of shear strength of concrete walls with construction formwork

基于纤维模型计算了各试件纵筋屈服对应的抗剪承载力Fmy和试件破坏对应的抗剪承载力Fmu，结果如表2所示.对比表1和2可发现试件抗弯能力远大于抗剪能力，为典型的强弯弱剪设计构件.

表2 试件抗剪能力Tab.2 The shear strength of the specimens

4 结 论

（1）建筑模网混凝土矮墙的破坏过程及最终破坏形态与普通混凝土墙体较为相似，呈剪切破坏形态；钢板网对模网混凝土矮墙的抗震能力有较大影响，可提高墙体的抗剪强度和延性.

（2）模网混凝土墙体表现出较高的抗剪能力，且《建筑模网混凝土结构技术规程》（DB 21／T1210—2004）对模网混凝土的抗剪强度有足够的保证.

（3）与普通混凝土墙体相比，模网混凝土墙体变形能力略低于普通钢筋混凝土墙体试件，可通过改进其细部配筋措施提高其变形能力.致谢：中国建筑科学研究院王翠坤研究员、肖从真研究员在拟静力试验过程中给予了大力支持与帮助.

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