钢筋焊接网叠合结构抗震性能试验研究（上）
装配式混凝土建筑在国内应用日渐广泛，国家标准、行业标准及各地方标准中也给出了比较系统和完整的技术要求。但是在应用过程中，仍然发现存在各种共性的技术问题，从理论上或者实践上没有得到很好的解决。中国建筑科学研究院建研科技建筑工业化研究中心是专门从事装配式建筑领域技术研发和设计咨询的团队，近年来结合工程实践对部分热点问题开展了系统的研究。近期将部分研究成果在公众号进行发布，为本行业技术人员提供参考。本期为第11篇，“钢筋焊接网叠合结构抗震性能试验研究（上）”。
团队针对三一筑工科技有限公司研发的SPCS叠合结构，开展了SPCS叠合剪力墙、SPCS叠合柱和SPCS叠合梁的力学性能试验与抗震性能试验。本篇为上篇，SPCS叠合剪力墙抗震性能试验研究。
1. 研 究 背 景
叠合剪力墙结构体系是在德国成熟的叠合板生产技术基础上发展起来的剪力墙结构体系，其特点是双面预制叠合板，中间层后浇混凝土，三层混凝土通过桁架钢筋连接。具有预制混凝土板无外露钢筋、整体性好、技术成熟、节省模板、表面平整便于饰面层装修等优点。另外，剪力墙竖向钢筋通过间接搭接连接，无需采用钢筋连接器，既节约建造成本又避免了检测难题，在我国的装配式剪力墙结构工程中占有一定市场。
叠合剪力墙结构的常规作法是预制板内分布钢筋采用钢筋焊接网片或绑扎钢筋网片，两预制层、后浇层采用桁架钢筋连接。 桁架钢筋主要在预制构件生产、运输及施工过程中起到连接作用，并有助于接缝连接钢筋搭接传力及叠合墙体整体协调受力。
SPCS叠合剪力墙的特点是：
（1）钢筋骨架（图1）=梯子形钢筋焊接网片（水平分布钢筋和拉筋）+绑扎竖向钢筋；
（2）钢筋骨架替代桁架钢筋，形成叠合剪力墙；
（3）上、下层剪力墙通过在空腔中设置连接钢筋形成搭接。
梯子形网片尺寸小，生产、运输、施工便捷，且省去了桁架钢筋的应用，在提升效率的同时降低了生产成本。
图1 SPCS叠合剪力墙钢筋骨架
SPCS叠合剪力墙结构的构造与国家标准《装配式混凝土建筑技术标准》GB/T 51231−2016附录中列出的叠合剪力墙做法从构造和生产工艺上均有较明显的区别，包括用焊接的拉筋代替桁架钢筋、边缘构件位置采用焊接箍筋等。因此，需要对其力学特点与抗震性能进行试验研究，包括带水平、竖向拼装缝的SPCS叠合剪力墙构件的承载力、刚度、抗震性能等。
2. 焊接钢筋节点拔出性能试验
SPCS叠合剪力墙中应用了焊接钢筋网片，替代水平钢筋与拉筋以及边缘构件箍筋。因此钢筋焊接节点（图2）力学性能至关重要，其应用的前提是焊接钢筋节点有不低于传统的箍筋节点（弯钩）的力学性能。在SPCS叠合剪力墙试验之前，开展了钢筋焊接节点的拔出性能试验，验证钢筋焊接节点的可靠性。
图2 焊接钢筋节点
2.1 试 件 设 计
本次试验设计了3组焊接钢筋节点试件，钢筋节点锚固于混凝土中，并放置横向钢筋，模拟纵筋与箍筋的节点，试件设计如图3所示，加载装置如图4所示。
（1） 传统箍筋节点由两个带有135°弯钩的钢筋垂直放置组合而成；
（2）焊接箍筋节点由两根垂直放置的钢筋焊接（电阻点焊、CO2保护焊）而成；
（3）在底座的锚固段采取PVC套管防护，消除锚固力的影响。
图3 钢筋节点拔出试件设计示意
图4 拔出试验加载示意
2.2 试 验 现 象 及 结 果
所有试件均发生钢筋拉断，现象与钢筋拉伸破坏一致，有明显的弹性、屈服、强化、颈缩段，典型试件破坏状态如图5所示，部分试件钢筋断裂点位于PVC保护套内，断裂处距离箍筋节点仍有一定距离。典型试件荷载位移曲线如图6所示。结果表明，焊接钢筋节点力学性能可靠。
图5 试验现象
图6 试件荷载-位移曲线
3. 一字型SPCS叠合剪力墙抗震试验
通过对一字型截面SPCS叠合剪力墙开展抗震性能试验，研究SPCS叠合剪力墙的承载力、刚度、破坏形态，水平及竖向接缝的开裂、破坏模态等。
3.1 试 件 设 计
共设计制作4组10个试件，包括不同的剪跨比、轴压比、边缘构件构造。墙厚为200mm、墙高为标准层高2800mm；混凝土设计强度等级为C30，钢筋为HRB400级。墙身水平与竖向分布钢筋为
8@200，墙身配筋率0.25%，试件截面构造示意见图7，试验加载装置见图8所示，编号及主要研究参数列于表1。
（a）试件SW1（带水平缝）
（b）试件SW2~SW4（带竖缝、水平缝）
图7 一字型截面SPCS叠合剪力墙试件设计
表1 试件参数表
图8 加载装置
3.2 试 验 现 象
试验过程见动画：
所有试件角部压溃后露出焊接钢筋节点保持完好，典型试验现象见图9。
图9 试验现象
3.3 试 验 结 果
（1）破坏模式
SW1（剪跨比1.0）试件为弯剪破坏模式，既有剪力墙角部压溃、边缘构件纵筋屈服甚至拉断，又有墙身形成临界裂缝的剪切破坏。
SW2~SW3（剪跨比2.3）试件为弯曲破坏模式；剪力墙角部形成塑性铰（混凝土压溃，钢筋屈服甚至拉断）并不断扩展导致试件丧失承载能力。
SW4（剪跨比2.3）试件为弯曲破坏与剪切破坏共同存在的复合破坏模式；剪力墙角部形成塑性铰并不断扩展，同时墙身出现临界斜裂缝共同导致破坏。
（2）典型试件的荷载-位移曲线如图10所示，各阶段试验结果汇总于表2。
图10 试件荷载-位移曲线
表2 试验结果汇总
（3）接缝位移分析
试件SW1-2水平接缝滑移曲线如图11所示，有一定的滑移，滑移始终保持线性变化，水平接缝没有发生滑移破坏。
图11 水平接缝滑移曲线
试件SW2-2的接缝滑移曲线如图12所示。
竖向接缝基本完好，无滑移。水平接缝因开裂有一定的滑移，始终保持线性变化，幅值小于5mm，没有发生滑移破坏。
图12 接缝滑移
4.工字型SPCS叠合剪力墙抗震试验
通过对工字型截面SPCS叠合剪力墙开展抗震试验，研究带有翼墙的SPCS叠合剪力墙的承载力、刚度、破坏形态，翼墙与纵墙竖向接缝的开裂、破坏模态等。
4.1 试 验 试 件 设 计
共设计制作2组4个试件，试件的主要构造特点如下：
（1）翼墙边缘构件由3个独立暗柱组成，独立暗柱之间通过水平钢筋连接；
（2）翼墙与纵墙采用U形钢筋连接；
（3）试件对称设计（预制墙+现浇试件）：
试件厚为200mm、墙高取标准层高2800mm；剪跨比为1.4、2.0，设计轴压比为0.2；混凝土设计强度等级为C30，钢筋为HRB400级。墙身水平与竖向分布钢筋为
8@200，墙身配筋率0.25%，试件截面构造如图13，编号及主要研究参数列于表3。
图13 剪力墙试件设计
表3 试件参数表
4.2 试 验 现 象
试验过程见动画，典型的试验现象见图14。
图14 典型试验现象
4.3 试 验 结 果
（1）破坏模式
工字型截面试件由于翼缘墙的存在，试件抗弯能力强，因此大剪跨比试件亦发生了弯剪破坏，既有剪力墙角部压溃、边缘构件纵筋屈服甚至拉断的弯曲破坏，又有墙身出现临界斜裂缝的剪切破坏。试验结果汇总见表4。
表4 试验结果汇总
（2）滞回曲线见图15
图15 滞回曲线
（3）接缝位移分析
典型试件的接缝滑移曲线如图16所示。
竖向接缝基本完好，上部滑动幅值小于0.5mm，呈线性变化；下部滑移在受拉时线性变化，受压时无明显滑移；加载后期由于角部混凝土破坏，受拉滑移出现残余值，滑动幅值小于2mm，未发生滑移破坏。
水平接缝因开裂出现滑移，始终呈线性变化，幅值约为8mm左右，未发生滑移破坏。
图16 接缝滑移
5 结 论
（1）焊接钢筋节点可靠，梯子形钢筋焊接网片可以替代桁架钢筋用于叠合剪力墙、焊接箍筋网片可以替代传统箍筋；
（2）SPCS叠合剪力墙纵横墙交接处采用独立暗柱并用水平钢筋连接形成边缘构件的作法可行；
（3）SPCS装配式剪力墙破坏模式与现浇剪力墙一致，承载力、刚度、延性以及滞回特征与现浇剪力墙一致。可采用现行《混凝土结构设计规范》GB 50010进行设计、计算、分析。
本篇作者
李 然，工学博士，副研究员，2011年毕业于哈尔滨工业大学。
主要从事装配式混凝土结构的研究工作。负责并参与多项装配式混凝土结构的研发工作，作为骨干研究人员参与“十二五”国家科技支撑计划课题《装配式建筑混凝土框架结构关键技术研究》2011BAJ10B02、《安装施工关键技术研究与规模化应用示范》2011BAJ10B06、《适应岛礁作业的模块化构件的预制与装配技术研究与应用》2014BAB15B03、“十三五”国家重点研发计划课题《装配式混凝土结构关键配套产品开发》2016YFC0701907，以及多项住建部课题、中国建筑科学研究院课题的研发工作。参与国家标准《装配式建筑评价标准》GB/T 51129-2017、行业标准《预制混凝土外挂墙板应用技术标准》JGJ/T458-2018以及多项团体标准的编撰。
关 注 我 们
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