祝彦艳

(烟台市建筑设计研究股份有限公司，山东烟台264000)

短肢剪力墙结构是一种新型的建筑结构形式。由于其建筑功能、工程造价均比较合理，近年来在我国得到了广泛地应用和发展。短肢剪力墙为异型柱和一般剪力墙的过渡形式，有其固有的特性。由于传统观念上短肢剪力墙抗震性能较差，使得该结构在高烈度区域应用不多。抗震规程中的相关规定是建立在少量结构试验和高烈度地区应用经验不多基础上的，缺乏系统、深入的研究和实际强震的考验。

国内外对该类结构体系的理论和实验研究主要以结构的整体性能分析为主。本文基于1/2比例实体模型试验从细部出发，对个体构件进行试验，从更加细观的方面得到短肢剪力墙结构的破坏规律，并针对其破坏特点，提出一些有益建议。

图1 L形截面试件配筋

1 模型设计

本次试验共设计了4个1/2缩尺比例的L形截面短肢剪力墙构件模型，试件纵向高度为1.4m，截面厚度为100mm，按墙截面的高厚比为5∶1、8∶1确定试件的截面高度。为模拟实际整体结构中楼板对试件的约束作用，同时方便水平荷载和竖向轴压荷载的加载，试件端头范围内做成矩形。端部矩形块内有两层钢筋网，以提高局部抗压能力;为防止侧面局部混凝土被压碎，加放10mm厚的钢板，以提高混凝土的局部承载力。试件都采用细石混凝土浇筑，设计强度等级为C40，实测混凝土的力学性能见表1，试件截面参数及配筋见图1。其中，L500表示试件为L形截面，截面高厚比为5，其它试件编号以此类推。所有试件的箍筋和拉结筋均为4钢丝。钢筋的力学性见表2。

试验模形各物理量经无量纲化后其相似关系为:几何尺寸，l=1/2;位移，u=1/2;转角，θ=1，钢筋面积:As=1/4;荷载，p=1/4;弯矩，M=1/8;应力，σ=1;应变，ε=1;弹性模量，E=1。

表1 混凝土实测的力学指标

表2 钢筋实测的材料性能指标

2 试验加载

本试验采用低周反复加载，加载装置为100t电液伺服作动器配合反力支架进行竖向与水平双向加载。水平荷载由往复作动器提供，水平加载点位于墙体顶部加载中心。将水平连接装置固定在加载梁上，再将作动器后端固定在反力墙上，作动器前端与水平连接装置相连。通过水平装置给试件施加推拉往复水平荷载。竖向荷载由竖向油压千斤顶提供。

在试验时根据设计的轴压比施加相应竖向荷载，并保持不变，然后施加往复的水平荷载，采用荷载和位移混合控制方式，试件屈服前采用荷载控制，并根据预算的荷载值调整荷载的级差，屈服后采用位移控制加载，按屈服位移的一倍循环加载，每一级位移循环3次，直至试件破坏或荷载下降至最大荷载的85%左右为止。

用水平装置进行加载时，L型短肢剪力墙构件沿工程轴方向加载。加载方向如图2所示，加载时先施加推力，用‘+’表示，再施加拉力，用‘－’表示，如此往复进行加载。加载示意图见图3。其中，D为屈服位移，Fr为开裂荷载，Fy为屈服荷载。

图2 试件加载方向

图3 加载示意

3 试验现象

4个试件在力控制阶段，推进方向时均在腹板处产生首条裂缝，且裂缝几乎为水平。随着载荷的增加，腹板产生多条新裂缝，原裂缝也沿水平方向开始延伸。载荷继续增加，腹板继续产生多条新裂缝，与水平方向约成45°夹角，载荷继续增加推进方向屈服。在位移控制阶段，腹板继续产生新裂缝，与水平方向约成60°夹角。随着循环位移的加大，在腹板底部边缘开始产生竖向短裂缝，混凝土有被压酥的迹象。之后腹板产生多条新裂缝，与水平方向大约成130°夹角，并且原有裂缝开始向翼缘延伸，延伸方向与水平方向成约150°夹角，然后拉方向开始屈服。之后在推拉各自方向位移控制时，腹板中下部裂缝加宽，宽度最大达到2mm左右，腹板底部边缘混凝土有少量剥落。再后，腹板底部边缘混凝土被压酥，腹板中下部裂缝进一步加宽，翼缘产生多条新裂缝，并与腹板的裂缝形成贯穿裂缝，腹板底部边缘混凝土有少量剥落，腹板中下部裂缝进一步加宽，局部宽度达到2.5mm左右，腹板产生多条新裂缝，与水平方向成60°左右夹角，腹板底部25cm以下混凝土被严重压酥并且大量剥落，钢筋外露并弯曲，随后承载力大幅下降，构件破坏。构件典型破坏现象如图4所示。

图4 试件破坏裂缝

4 试验结果分析

4.1 滞回曲线

四片L形截面的钢筋混凝土短肢剪力墙试件在低周反复水平荷载作用的荷载位移滞回曲线如图5所示。

图5 滞回曲线

通过对比分析，它们存在以下特点:滞回曲线呈现出一头大一头小的不对称形状。这是由于在反复荷载作用下，由于翼缘和腹板在正负两个方向力作用下的刚度退化程度不同，试件的水平力作用方向不同，其承载能力和变形也不同，翼缘位于受拉区时试件的承载力高于翼缘受压时的承载力。随着试件剪跨比的减小、轴压比的提高，短肢剪力墙的延性明显下降、耗能能力变差。剪跨比较大、轴压比较低时，如试件L500－1(剪跨比为2.8，轴压比为0.2)，其滞回曲线呈现比较丰满，曲线的下降段也比较平缓，表明其耗能和构件的延性较好。当试件截面剪跨比较小，轴压比较高时，如试件L800－1(剪跨比为1.75，轴压比为0.2)，其滞回曲线变为耗能特性很差的反S形，构件屈服后很快达到其极限强度，延性很差，在荷载的数次反复作用后，斜裂缝反复张开、闭合，曲线的下降段比较陡峭，刚度严重退化，滞回曲线“捏拢”现象明显。

4.2 应变分析

钢筋和混凝土应变数据直接反映了结构的受力状态。同轴压比下不同剪跨比构件的腹板底部截面纵筋的应力－应变关系如图6。

从图中可以加载初期试件各点应变较好地符合平截面假定，试件开裂后，当有裂缝发展延伸到应变片位置时，之后的应变片数据就遭到破坏而失真。剪跨比大的试件更好地符合了平截面假定，这应该是因为剪跨比小的试件受到了一定的剪切变形的影响。从图6中可以看出L形截面短肢剪力墙截面应变基本符合平截面假定。

5 结论

本文基于4片L形截面的钢筋混凝土短肢剪力墙在低周反复水平荷载作用下的试验，研究了钢筋混凝土短肢剪力墙的破坏现象和延性，得到了以下结论及建议。

图6 纵筋应力－应变关系

(1)短肢剪力墙按截面高厚比的定义，一般属于中高剪力墙，其破坏模式随剪跨比的减小和轴压比的提高从弯曲破坏渐变为弯剪破坏，试验中剪跨比大于2的试件其破坏模式为弯曲破坏，剪跨比小于2的试件其破坏模式为弯剪破坏，但破坏仍是受弯曲承载力控制，随轴压比的增大，只是加重了试件的剪切损伤，反向加载时剪切损伤更明显。

(2)随轴压比的增大试件的正向极限承载力增加明显，由于腹板端部混凝土容易压碎，和反向加载时剪切破坏成分的加大，反向极限承载力在截面高厚比较大的试件随轴压比增大反而减小，随轴压比的增大，试件的延性减小，反向加载时由于试件是由于腹板混凝土压碎而破坏的，其延性下降特别明显，故建议对L形截面短肢剪力墙宜按照腹板受压方向，也即其延性最不利方向来控制其轴压比限值。

(3)短肢剪力墙从弹性阶段进入塑性阶段后，由于应力重分布，截面翼板上正应力分布更不均匀，剪滞效应明显，其最大正应力出现位置随着反复的水平加载会出现变动。所以短肢剪力墙务必使截面留有应力重分布的空间，避免构件因应力集中而提前破坏，又能保证翼板的大部份截面随着塑性变形的发展能渐次发挥其全部的承载能力。

(4)L形截面短肢剪力墙不小于裂缝间距量测的混凝土应变和钢筋的平均应变基本能符合平截面假定，故对带翼缘短肢剪力墙的计算分析可近似采用平截面假定进行简化计算。

L形截面短肢剪力墙的破坏薄弱处均为腹板无翼缘支撑一侧的下部，且均属于弯剪破坏。因此，此处范围内应合理调整截面配筋，并适当加强此处的纵向配筋率，加大斜裂缝顶部混凝土压区高度;或是在此处加设暗柱或型钢来提高薄弱面受力性能，使得整体构建承载力增大，同时也会使翼缘得到充分发挥。试件破坏时在腹板面上形成很多剪刀式长裂缝，可以通过在对角线加交叉钢筋的方法来提高抵抗破坏的能力。

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