裝配式預制混凝土墻體抗側性能研究

李臣臣（濟南市萊蕪區(qū)建筑業(yè)服務中心，山東 萊蕪 271100）

隨著建筑工程技術的不斷發(fā)展和人們對建筑結構性能要求的提高，裝配式預制混凝土墻體作為一種重要的結構形式，在現(xiàn)代建筑中得到了廣泛的應用[1]。其具有施工速度快、質量可控、環(huán)保等優(yōu)勢，但在實際工程應用中，其抗側性能對于保障結構整體穩(wěn)定性至關重要[2]。

為了深入了解裝配式預制混凝土墻體在側向荷載下的抗側性能，本研究通過系統(tǒng)而全面的試驗研究，評估該結構在不同條件下的側向承載能力和變形性能。試驗設計包括試樣制備、試驗裝置設置、試驗參數確定、荷載施加方式選擇、測量和記錄關鍵數據、數據分析等多個步驟，進而全面而深入地揭示裝配式預制混凝土墻體抗側性能的特征及其影響因素。通過對關鍵參數如墻體厚度、配筋方式等的合理設置，本研究將深入探討墻體在各種工程條件下的抗側性能表現(xiàn)，并通過荷載-位移曲線、應變等數據的綜合分析，得出結論并提出對于提升裝配式預制混凝土墻體抗側性能的建議。本研究結果不僅為相關工程實踐提供重要的參考依據，也有助于推動裝配式預制混凝土技術的進一步發(fā)展與完善。

1 試驗設計

1.1 試樣制備

在研究裝配式預制混凝土墻體抗側性能時，通過制備不同條件下的試樣進行系統(tǒng)試驗。混凝土配方包括普通硅酸鹽水泥、河沙（細度模數2.6）、20mm內直徑碎石，水灰比控制在0.45。鋼筋選用HRB400，直徑為10mm。尺寸設計考慮到試驗和建筑需求，設計了不同厚度的試樣，同時確保配筋方式具有實際工程代表性。

試樣制備過程中，按照預定的水泥用量和砂石配合比例進行混凝土攪拌，并在預制模具中放置了10mm的水平和垂直方向鋼筋，縱橫交錯布置。為了全面了解不同墻體厚度的影響，制備了厚度分別為150mm、200mm 和250mm 的試樣。每個試樣都經過明確標識，并記錄了制備日期、混凝土配方、水泥用量、鋼筋規(guī)格和數量等關鍵數據，以建立清晰的試樣檔案供后續(xù)數據分析使用。

1.2 試驗裝置

為確保試驗結果的可靠性，設計和設置了適當的試驗裝置來模擬實際工程條件。

（1）支撐結構。搭建堅固的支撐結構，確保試樣在加載過程中保持穩(wěn)定。支撐結構的主要參數包括支撐材料強度（Q345鋼材）、支撐高度（2.5m）。

（2）側向加載裝置。設計合適的側向加載裝置，模擬墻體在實際工程中受到的側向荷載。側向加載裝置采用了油壓缸，施加的側向力可以調整。加載力的范圍為0～200kN。

（3）測量儀器。安裝位移傳感器和應變計等測量儀器，以準確記錄試樣在加載過程中的變形和應力情況。位移傳感器的靈敏度為0.01mm，應變計的采樣頻率為100Hz。

（4）加載控制系統(tǒng)。采用可靠的加載控制系統(tǒng)，確保加載過程中施加的力和速度符合設計要求。加載控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)恒載荷、變載荷等加載方式，并能夠保持加載速度在0.5kN/s。

1.3 試驗參數

在進行裝配式預制混凝土墻體抗側性能研究時，需要明確定義和控制一些關鍵參數并深入了解這些參數對結構性能的影響。

（1）墻體厚度。試驗選擇不同的墻體厚度作為試驗變量，具體選取的厚度包括150mm、200mm和250mm，幫助試驗分析墻體厚度對抗側性能的影響趨勢。

（2）配筋方式。試驗考慮采用不同的配筋方式作為另一個關鍵參數。具體而言，將設計水平和垂直方向鋼筋的布置方式，包括縱橫交錯、單向配筋等。這將幫助我們評估不同配筋方式對抗側性能的影響。

2 試驗方法

2.1 荷載施加方式

為模擬裝配式預制混凝土墻體在側向荷載下的實際工作情況，試驗采用以下方式施加水平荷載：

（1）加載方式。采用靜態(tài)加載方式，逐漸施加水平荷載，觀察試樣在不同荷載下的變形和應力響應[3]。

（2）加載范圍。荷載范圍設定為0～200kN，以涵蓋常見實際工程中可能受到的側向荷載。

（3）加載速率。設定加載速率為0.5kN/s，確保在加載過程中保持適度的穩(wěn)定性，以獲取可靠的試驗數據。

（4）加載持續(xù)時間。每次加載后將觀察試樣的變形情況，并在達到最大荷載后保持一定時間，保證評估試樣在持續(xù)荷載下的穩(wěn)定性[4]。

2.2 測量和記錄

為確保對裝配式預制混凝土墻體抗側性能的細致了解，在試驗過程中需要進行以下測量和記錄：

（1）位移測量。安裝在試樣關鍵部位的位移傳感器將記錄試樣在加載過程中的位移變化。位移傳感器的靈敏度設置為0.01mm，方便捕捉微小的位移變化。

（2）應變測量。使用應變計測量試樣中的應變情況，應變計的采樣頻率設定為100Hz，確保對應變的高頻率監(jiān)測。

（3）加載力測量。通過加載控制系統(tǒng)實時監(jiān)測加載裝置施加在試樣上的力，獲取加載過程中的力變化情況。

（4）時間記錄。記錄整個試驗過程的時間序列，包括加載開始、結束時間等，以便對試驗過程進行時間關聯(lián)分析。

3 試驗步驟

3.1 試驗前準備

在進行裝配式預制混凝土墻體抗側性能研究之前，需要進行以下試驗前準備步驟：

（1）檢查試驗裝置。確保支撐結構、側向加載裝置、測量儀器和加載控制系統(tǒng)等試驗裝置正常運行。檢查支撐結構的強度參數，如Q345 鋼材的材料強度，確保其符合設計要求。

（2）校準測量儀器。對位移傳感器、應變計等測量儀器進行校準，確保其準確度和靈敏度在試驗范圍內。位移傳感器的靈敏度應設置為0.01mm，應變計的采樣頻率為100Hz。

（3）調整加載控制系統(tǒng)。對加載控制系統(tǒng)進行調整，確保其能夠實現(xiàn)恒載荷、變載荷等加載方式，并保持加載速度在0.5kN/s。檢查加載控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性。

（4）確認試樣標識。確認每個試樣的明確標識，包括制備日期、混凝土配方、水泥用量、鋼筋規(guī)格和數量等關鍵數據。這些標識將在后續(xù)的數據分析中起到關鍵作用。

（5）檢查油壓缸和加載力范圍。對側向加載裝置進行檢查，確保油壓缸正常運作。根據試驗要求，調整加載力的范圍為0～200kN，從而涵蓋常見實際工程中可能受到的側向荷載。

3.2 施加荷載

為模擬裝配式預制混凝土墻體在側向荷載下的實際工作情況，采用以下步驟施加荷載：

（1）加載方式。采用靜態(tài)加載方式，逐漸施加水平荷載。通過加載控制系統(tǒng)，確保加載過程平穩(wěn)，以觀察試樣在不同荷載下的變形和應力響應。

（2）加載范圍。設定荷載范圍為0～200kN，以覆蓋常見實際工程中可能受到的側向荷載，有助于全面了解墻體在各種工況下的性能表現(xiàn)。

（3）加載速率。設置加載速率為0.5kN/s，以確保加載過程中的穩(wěn)定性。適度的加載速率有助于獲取可靠的試驗數據，并模擬實際側向荷載作用下的工作條件。

（4）加載持續(xù)時間。每次達到最大荷載后，保持一定時間，觀察試樣在持續(xù)荷載下的變形情況，此步驟有助于評估試樣在側向荷載持續(xù)作用下的穩(wěn)定性[5]。

通過以上荷載施加步驟，可以模擬裝配式預制混凝土墻體在不同側向荷載作用下的實際響應。同時，通過位移傳感器、應變計、加載力傳感器等測量儀器記錄關鍵數據，為后續(xù)的數據分析提供翔實的試驗數據。

3.3 數據采集

在進行裝配式預制混凝土墻體抗側性能研究的試驗中，通過仔細的數據采集，獲得了關鍵參數的測量結果，見表1。

表1 裝配式預制混凝土墻體抗側性能試驗數據

通過對比不同試驗參數下的結果，可以得出以下初步結論：

（1）墻體厚度影響。隨著墻體厚度的增加，墻體的抗側性能呈現(xiàn)增強趨勢。250mm 厚度的墻體相較于150mm 和200mm 墻體，在相同配筋方式下承受更大的側向荷載。

（2）配筋方式影響。不同的配筋方式對墻體的抗側性能有顯著影響，縱橫交錯的配筋方式在各墻體厚度下表現(xiàn)出色。

4 數據分析

4.1 增加墻體厚度、縱橫交錯配筋方式可提高抗側性能

如圖1 所示，隨著墻體厚度的增加，整體趨勢呈現(xiàn)出更為鮮明的提升，表明墻體厚度與抗側性能之間存在正相關關系。特別是在縱橫交錯配筋方式下，150mm、200mm、250mm 厚度的墻體相繼呈現(xiàn)出20.5mm、25.2mm 和30.8mm 的最大位移，呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，強化了墻體厚度對抗側性能的顯著影響。

圖1 不同墻體厚度最大位移對比圖

對比兩種配筋方式，縱橫交錯的性能優(yōu)勢也得以體現(xiàn)。在每個墻體厚度下，采用縱橫交錯的墻體均顯示出更大的位移。這進一步印證了縱橫交錯配筋方式對于提高抗側性能的有效性。因此，結合荷載-位移曲線的綜合觀察，本研究堅定主張，在實際工程中，通過增加墻體厚度和采用縱橫交錯的配筋方式，可有效提升裝配式預制混凝土墻體的抗側性能，為結構整體穩(wěn)定性提供可行途徑。

4.2 墻體厚度與最大應變呈正相關關系

根據圖2 可知，最大應變隨墻體厚度變化的趨勢，可得出結論：墻體厚度的增加伴隨著最大應變的提高，表明墻體厚度與結構的變形性能存在正相關關系。

圖2 不同墻體厚度最大應變對比圖

在縱橫交錯配筋方式下，150mm、200mm、250mm厚度的墻體最大應變分別為0.003、0.004和0.005，呈逐漸增大的趨勢。而在單向配筋方式下，對應墻體的最大應變?yōu)?.002、0.003和0.004。兩種配筋方式下，墻體厚度的增加均導致了最大應變的上升，且縱橫交錯方式相對于單向配筋方式表現(xiàn)更為顯著。

因此，本研究在最大應變方面的數據支持下得出結論：通過增加墻體厚度，尤其是采用縱橫交錯的配筋方式，可有效提高裝配式預制混凝土墻體的變形性能，為墻體在受力時更好地保持整體穩(wěn)定性提供了技術支持。

4.3 墻體厚度與最大加載力呈正相關關系

如圖3所示，墻體厚度的增加與最大加載力的提高呈正相關關系，且縱橫交錯方式相對于單向配筋方式表現(xiàn)更為顯著。在縱橫交錯配筋方式下，150mm、200mm、250mm 厚度的墻體最大加載力分別為122kN、154kN和180kN，呈逐漸增大的趨勢。而在單向配筋方式下，對應墻體的最大加載力為100kN、133kN 和165kN。墻體厚度的增加導致了最大加載力的明顯提升，而采用縱橫交錯方式的墻體相對更能承受更大的水平荷載。因此，本研究認為通過增加墻體厚度，尤其是采用縱橫交錯的配筋方式，能夠顯著提高裝配式預制混凝土墻體的承載能力，為墻體在實際工程中更好地抵抗側向荷載提供了實用的技術依據。

圖3 不同墻體厚度最大加載力對比圖

5 結語

（1）隨著墻體厚度的增加，墻體的抗側性能有所提升。250mm 厚度的墻體相比150mm 和200mm 墻體，在相同配筋方式下承受更大的側向荷載。

（2）不同的配筋方式對墻體的抗側性能產生顯著影響，縱橫交錯的配筋方式在各墻體厚度下表現(xiàn)出色。

（3）隨著墻體厚度的增加，最大位移、最大應變和最大加載力均呈現(xiàn)出相對一致的正向趨勢，表明墻體厚度的提高對墻體整體性能有積極影響。