CN113654915A - 预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法，属于土木工程试验领域，其如下步骤:(1)试件设计：设计拼接墙板，并从中截取设计单元，将设计单元旋转成为梁式试件，即为试验构件；(2)测点布置：在试验构件的关键位置布置测试点；(3)加载方案设计：采用弯曲试验模拟加载受力情况；(4)试验前准备工作：将试验构件准确放置在试验设备加载位置；(5)试验加载：在试验构件上施加竖向压力，对试验构件进行受力分析；(6)试验观察、数据采集及分析。该试验方法不仅操作简单，而且能够准确的模拟预制剪力墙水平接缝处的竖向连接钢筋在实际工程中的受力特点，合理地解决了预制剪力墙足尺试验存在的技术难点。

Description

预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法
技术领域
本发明涉及土木工程试验领域，尤其是涉及一种预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法。
背景技术
随着建筑工业化的发展，装配式建筑成为我国建筑业转型升级的首选，国家在经济和技术上给予了大力支持。装配式预制剪力墙结构具有“五节一环保”的优势，被广泛应用于多层和高层建筑结构中。预制剪力墙结构由于要进行现场拼装，其抗震性与整体性更多的取决于构件之间的连接性能，水平接缝是装配式预制剪力墙结构中传递竖向荷载和承受水平剪力的关键部位。竖向连接钢筋是指设置在水平接缝处连接上下层墙板的连接钢筋。水平接缝处的竖向连接钢筋与墙板内的竖向分布钢筋通过间接搭接传力机制实现上下层墙板之间荷载的传递。因此，有必要通过试验来探究预制剪力墙水平接缝处竖向连接钢筋的传力规律，进行预制剪力墙足尺试验是研究构件实际受力特性的最有效方式，其缺点是足尺剪力墙试件尺寸过大，试验工作量非常大，而且剪力墙足尺试验所需要的大型试验设备(大型反力墙、反力钢架和大吨位作动器)一般试验室无法提供。
因此，实有必要设计一种预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法，以克服上述问题。
发明内容
为了避免上述问题，提供了一种预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法，该试验方法操作简单，适用于预制剪力墙结构水平接缝传力性能试验研究，能够准确的模拟预制剪力墙水平接缝处的竖向连接钢筋在实际工程中的受力特点及实际受力状态，合理地解决了预制剪力墙足尺试验存在的技术难点，为研究装配式预制剪力墙竖向连接钢筋的传力机理提供可靠依据。
水平接缝是预制剪力墙结构传递水平剪力和弯矩的关键部位，接缝截面的竖向连接钢筋同时承担弯矩和剪力作用。采用传统的连接节点拉拔试验和单调剪切试验无法模拟预制剪力墙水平接缝处竖向连接钢筋真实的复合受力状态，而进行足尺剪力墙受力性能试验又需要昂贵的试验经费、大型的试验配套设备，具有极大的工作难度。
在进行预制剪力墙水平接缝竖向连接钢筋设计时，为使间接搭接连接的钢筋应力传递效率最高，通常需要增强混凝土对竖向连接钢筋的锚固作用，例如设计较大的混凝土强度，钢筋搭接长度和相对保护层厚度等。但在预制剪力墙实际施工时，受各种因素影响，无法保证设置的竖向连接钢筋可以放置在预定位置，从而影响水平接缝的传力性能。因此，需要通过试验来研究预制剪力墙水平接缝处竖向连接钢筋的传力性能。由于传统的拉拔试验方法不能够准确的模拟预制剪力墙水平接缝处实际受力状态，无法得到预期的试验结果，而且剪力墙足尺结构试验难度过大，所以，提出一种新的试验方法——预制剪力墙水平接缝受力性能梁式试验方法。
本发明提供的一种预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法，如下步骤:
(1)试件设计：设计拼接墙板，并从中截取设计单元，将设计单元旋转成为梁式试件，即为试验构件；
(2)测点布置：在试验构件的关键位置布置测试点；
(3)加载方案设计：采用弯曲试验模拟加载受力情况；
(4)试验前准备工作：将试验构件准确放置在试验设备加载位置；
(5)试验加载：在试验构件上施加竖向压力，对试验构件进行受力分析；
(6)试验观察、数据采集及分析。
优选地，步骤(1)试件设计包括：为了研究预制剪力墙的水平接缝处连接钢筋的传力性能，根据不同的试验参数设计拼接墙板，从拼接墙板中截取一个计算单元，将该计算单元平面内旋转90度成为一个梁式试件，即为试验构件。
优选地，步骤(2)测点布置包括：在试验构件顶部布置位移计，用以测量支座处位移变化，在试验构件底部的水平接缝处两块预制墙板下方、剪跨比最大或最小的接缝位置以及跨中最大挠度处均布置位移计，同时在沿跨中平面与水平接缝处两块预制墙板下方及剪跨比最大或最小的接缝位置的位移计对称的位置同样布置位移计。
优选地，步骤(3)加载方案设计包括采用试验构件弯曲试验模拟实际结构中预制剪力墙水平接缝在水平荷载作用下的受力情况，使用竖向作动器进行加载。
优选地，步骤(4)试验前准备工作包括对试验构件进行刷白、打散斑、画黑色网格线，并将试验构件准确放置在试验设备加载位置。
优选地，步骤(5)试验加载包括：在跨中施加竖向压力，对试验构件进行受力分析，加载过程中，对位移计、钢筋应变片的数据进行采集记录，观察和记录初始裂缝出现的位置、每级荷载下裂缝开展形态和裂缝宽度，分析墙体的极限破坏形态，除自动采集记录试件的全过程荷载-位移曲线外，试验人员同时记录在开裂、屈服、极限状态时的荷载值及水平接缝处的位移值。
优选地，步骤(6)试验观察及数据采集包括采集试验构件各部位位移数据、内部预埋的钢筋应变片应变数据及墙身裂缝开展情况；将试验中试验构件破坏情况以及得到的试验数据使用专业数据处理软件进行处理分析。
优选地，对于位移、应变数据，采用静态应变测试仪进行采集，并与电脑终端连接，实时保存采集的数据后以图像的形式显示出来，根据图像曲线的走势判断试件所处的具体状态；同时，测试剪力墙破坏全过程损伤发展、裂缝开展行为，并计算得到全场位移和应变数据，在此基础上分析水平位移场及应变场、竖向位移场及应变场与最大主应变场在破坏过程中的演化规律。
优选地，还包括步骤(7)比较验证，将分析结果与实际工况相比较，验证预制剪力墙水平接缝梁式试验方法的有效性。
该方法通过截取带水平接缝的装配式剪力墙足尺拼接墙板中的一个计算单元，并将计算单元平面内旋转90°角，最终将足尺剪力墙试件设计成为一个梁式试件，即为试验构件。再将试验构件放置在相应的试验设备上，只需要在试件跨中使用竖向作动器加载，即可实现剪力墙试件水平接缝处的弯剪复合受力。采用本发明提出的梁式试验方法，试验构件中预制剪力墙水平接缝截面在竖向荷载作用下受到的内力分布与实际工程中预制剪力墙水平接缝的受力特点相似，可保证试验与实际相符。在设计试验构件时，需要考虑试验构件的承载力控制截面在试件跨中(弯矩最大处)，当剪力墙接缝位置没有在试件跨中位置时，为了保证梁式试件跨中较接缝处有更高的承载力，将跨中截面的纵筋面积增加，分别对梁式试件各重点受力截面进行设计，避免梁式试件在试验中出现跨中先于接缝出现破坏的现象。
如图1至3所示，图1为预制剪力墙水平接缝处的实际受力状态，图2为预制剪力墙足尺试件的试验示意图(如图1中虚线截取部分)，图3为本发明提出的梁式试验示意图(如图1中实线截取部分)。观察图2，采用剪力墙足尺试件进行试验时，试件的制作、运输、实验室吊装以及试件的加载环境(如与试验配套的反力墙)等问题难度较大，所以，考虑到试件的制作、运输和吊装问题，试验过程中加载、数据测量以及安全等问题，将截取实际工程中的实线部分(如图1)，并将计算单元平面内旋转90°角，得到试验构件，再将设计的梁式试件放置在梁式试验平台，在试件跨中使用竖向作动器加载，实现试件的弯剪复合受力，并且在试件底部两端分别放置球形铰支座和三角形铰支座保证体系为静定结构，采用该试验方法可以准确的模拟预制剪力墙水平接缝处真实的受力状态，试验操作简单，其试验示意图如图3所示。
图4为计算单元截取示意图。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、在实际工程中，预制剪力墙在水平荷载作用下，其水平接缝处同时承受弯矩和剪力作用。对于预制剪力墙水平接缝处竖向连接钢筋的传力性能研究，如果采用传统的连接节点拉拔试验和单调剪切试验，不能准确模拟出预制剪力墙水平接缝处竖向连接钢筋的复合受力状态。采用本发明提出的梁式试验方法，梁式试件中预制剪力墙水平接缝截面在竖向荷载作用下的内力分布特点与实际工程中预制剪力墙在水平荷载作用下的内力分布特点一致，采用这种将预制剪力墙梁式试验方法可以真实反应情况，从而得到更符合实际情况的试验结果。
2、因为预制剪力墙结构在不同荷载作用条件下水平接缝处竖向连接钢筋有着不同的受力特点，承受不同组合的弯矩-剪力复合受力作用。所以，通常在预制剪力墙足尺试验中需要改变预制剪力墙试件尺寸以及施加荷载的位置，但是在试验中不断改变作动器位置是非常耗时耗力的，本发明无需改变试件尺寸和加载设备的位置，只需要通过改变水平接缝在梁式试件中的位置，就可以模拟出预制剪力墙试件水平接缝处竖向连接钢筋在不同弯矩-剪力组合的复合受力作用下的受力、传力及破坏过程，提高了试验效率。
3、采用本发明提出的试验方法可以在保证试件实际受力状态不变和试验结果可靠的基础上，极大地减少试验的整体工作量，解决了在剪力墙足尺试验过程中遇到的难点，比如：
难点一：在预制剪力墙水平接缝足尺结构试验中，由于足尺试件尺寸过大，对试验室的试验设备要求非常高，而且一般试验室也难以开展足尺结构的破坏性试验。
采用本发明提出的梁式试验方法可以在保证预制剪力墙试件水平接缝处受力特征不变的前提下，降低了试验试件本身的高度，既可以降低对配套试验设备的要求，降低试验难度，能够将试件做到极限破坏的程度，也避免了足尺试件试验过程中的危险因素，更能保证试验过程中试验工作人员的安全。
难点2：由于水平拼接的剪力墙足尺试件较高(即楼层高度)，所以试件制作费用、运输费用、吊装费用等较高，同时，足尺试件质量过大也增加了剪力墙试件运输和试验室吊装的难度。
采用本发明提出的梁式试验方法，将尺寸过大的预制剪力墙试件设计成为一个梁式试件，在不改变试件受力特点的情况下，大大减小了试件的尺寸，降低了试件的制作费用、运输费用和吊装难度。
本发明提出的试验方法可以在保证试验结果可靠的前提之下，解决剪力墙足尺结构试验中的难题，极大地提高试验效率，并有效降低试验成本。
附图说明
图1为预制剪力墙水平接缝处的实际受力状态；
图2为图1中虚线截取部分的预制剪力墙足尺试件的试验示意图；
图3为图1中实线截取部分的梁式试验示意图；
图4为计算单元截取示意图；
图5为本发明的预制剪力墙水平接缝受力性能梁式试验方法示意图；
具体实施方式的附图标号说明：
V1-V9、电子位移计；10、加载设备；11、球形铰支座；12、三角形铰支座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
如图1所示为预制剪力墙在现实环境中的受力情况，采用剪力墙足尺试件进行试验可以反映真实受力状态和破坏情况，但是足尺试验整体工作量过大，试验存在极大的难度，所以，本发明提出采用如图3所示的梁式试验方法，该方法截取拼接墙板的一个计算单元，并将该计算单元平面内旋转90度，将试件设计成为一个梁式试件，即得到试验构件，使用竖向作动器在试验构件跨中加载，模拟在水平荷载作用下预制剪力墙水平接缝处的不同弯剪组合比条件下的复合受力状态。
具体的，预制剪力墙水平接缝受力性能梁式试验方法包括如下步骤：
(1)试件设计：为了研究预制剪力墙的水平接缝处连接钢筋的传力性能，根据不同的试验参数设计拼接墙板，从拼接墙板中截取一个计算单元，将该计算单元平面内旋转90度成为一个梁式试件，即为试验构件。其中，试验参数包括试件剪跨比、水平接缝位置、连接钢筋间距等；试验构件的控制截面在跨中，为了保证梁式试件跨中较接缝处有更高的承载力，将跨中截面的纵筋面积增加，分别对梁式试件各重点受力截面进行设计，避免梁式试件在试验中出现跨中先于接缝出现破坏的现象，并且绘制每个试验构件的详细配筋图，根据配筋图制作拼接墙板。
(2)测点布置：在试件顶部布置2个位移计，位于支座上方，用以测量支座处位移变化，如图1中V1、V2，同时，在试件底部布置7个位移计，V3、V4布置在水平接缝处两块预制墙板下方，V5布置在剪跨比最大的接缝位置，V6布置在跨中最大挠度处，V7、V8、V9沿跨中平面与V3、V4、V5对称布置；当接缝位置改变时，只需要变动V3、V4的位置即可，V1至V9均测试的是竖向位移。
(3)加载方案设计：采用梁式试件弯曲试验模拟实际结构中预制剪力墙水平接缝在水平荷载作用下的受力情况，使用全数字多通道电压伺服控制***设备作为加载设备10，本实施例中加载设备为作动器，试验加载制度根据GB/T50152-2012《混凝土结构试验方法标准》相关规定进行。
(4)试验前准备工作：采用红外线定位设备将试件准确放置在试验设备加载位置，为考虑平面内作用力对梁式试件水平接缝的最不利影响，试验中在跨中施加竖向压力，则可在各个梁式试件接缝处实现不同弯剪组合比条件下的复合受力状态。试验前对试件进行刷白、打散斑、画100mm×100mm黑色网格线等。刷白、画网格线有利于试验过程中的裂缝观测；将截取的计算单元在平面内旋转90°角(如图5)，对平面内旋转90°之后形成的梁式试件，即试验构件进行受力分析，保证受力与实际情况相符合；同时，为了保证试验时试验构件为静定结构，将两个铰支座分别设置为球形铰支座11和三角形铰支座12。
(5)试验加载：试验加载方式可以根据具体试验目的确定，比如主要侧重于研究接缝处不同竖向连接钢筋位置的钢筋搭接连接的传力机理，可以选择单调加载方式。加载过程中，除了对位移计、钢筋应变片的数据进行采集记录之外，还需仔细观察和记录初始裂缝出现的位置、每级荷载下裂缝开展形态和裂缝宽度等试验现象，初步分析墙体的极限破坏形态。试验中，除自动采集记录试件的全过程荷载-水平位移曲线外，试验人员同时手工记录在开裂、屈服、极限状态时的荷载值及水平接缝处的位移值。
(6)试验观察、数据采集及分析：试验主要采集梁式试件各部位位移数据、内部预埋的钢筋应变片应变数据及墙身裂缝开展情况。对于位移、应变数据，采用静态应变测试仪进行采集，并与电脑终端连接，实时保存采集的数据后以图像的形式显示出来，这样可以清楚地根据图像曲线的走势判断试件所处的具体状态。采用数字图像相关法(DIC)测试了剪力墙破坏全过程损伤发展、裂缝开展等行为，并利用DIC方法计算得到全场位移和应变数据，在此基础上分析得到了水平位移场及应变场、竖向位移场及应变场与最大主应变场在破坏过程中的演化规律；对试验中梁式试件破坏情况以及得到的试验数据使用专业数据处理软件进行处理分析。
(7)比较验证：将分析结果与实际工况相比较，可以验证预制剪力墙水平接缝梁式试验方法的有效性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法，其特征在于，包括如下步骤:
(1)试件设计：设计拼接墙板，并从中截取设计单元，将设计单元旋转成为梁式试件，即为试验构件；
(2)测点布置：在试验构件的关键位置布置测试点；
(3)加载方案设计：采用弯曲试验模拟加载受力情况；
(4)试验前准备工作：将试验构件准确放置在试验设备加载位置；
(5)试验加载：在试验构件上施加竖向压力，对试验构件进行受力分析；
(6)试验观察、数据采集及分析。
2.如权利要求1中所述预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法，其特征在于：步骤(1)试件设计包括：为了研究预制剪力墙的水平接缝处连接钢筋的传力性能，根据不同的试验参数设计拼接墙板，从拼接墙板中截取一个计算单元，将该计算单元平面内旋转90度成为一个梁式试件，即为试验构件。
3.如权利要求1中所述预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法，其特征在于：步骤(2)测点布置包括：在试验构件顶部布置位移计，用以测量支座处位移变化，在试验构件底部的水平接缝处两块预制墙板下方、剪跨比最大或最小的接缝位置以及跨中最大挠度处均布置位移计，同时在沿跨中平面与水平接缝处两块预制墙板下方及剪跨比最大或最小的接缝位置的位移计对称的位置同样布置位移计。
4.如权利要求1中所述预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法，其特征在于：步骤(3)加载方案设计包括采用试验构件弯曲试验模拟实际结构中预制剪力墙水平接缝在水平荷载作用下的受力情况，使用竖向作动器进行加载。
5.如权利要求1中所述预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法，其特征在于：步骤(4)试验前准备工作包括对试验构件进行刷白、打散斑、画黑色网格线，并将试验构件准确放置在试验设备加载位置。
6.如权利要求1中所述预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法，其特征在于：步骤(5)试验加载包括：在跨中施加竖向压力，对试验构件进行受力分析，加载过程中，对位移计、钢筋应变片的数据进行采集记录，观察和记录初始裂缝出现的位置、每级荷载下裂缝开展形态和裂缝宽度，分析墙体的极限破坏形态，除自动采集记录试件的全过程荷载-位移曲线外，试验人员同时记录在开裂、屈服、极限状态时的荷载值及水平接缝处的位移值。
7.如权利要求1中所述预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法，其特征在于：步骤(6)试验观察及数据采集包括采集试验构件各部位位移数据、内部预埋的钢筋应变片应变数据及墙身裂缝开展情况；将试验中试验构件破坏情况以及得到的试验数据使用专业数据处理软件进行处理分析。
8.如权利要求7中所述预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法，其特征在于：对于位移、应变数据，采用静态应变测试仪进行采集，并与电脑终端连接，实时保存采集的数据后以图像的形式显示出来，根据图像曲线的走势判断试件所处的具体状态；同时，测试剪力墙破坏全过程损伤发展、裂缝开展行为，并计算得到全场位移和应变数据，在此基础上分析水平位移场及应变场、竖向位移场及应变场与最大主应变场在破坏过程中的演化规律。
9.如权利要求1中所述预制剪力墙水平接缝传力性能梁式试验方法，其特征在于：还包括步骤(7)比较验证，将分析结果与实际工况相比较，验证预制剪力墙水平接缝梁式试验方法的有效性。
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