装配式建筑具有建造速度快、现场湿作业少等优点，近年来得到日益广泛的应用。目前常见的装配式结构体系包括装配式框架结构、装配式剪力墙结构和装配式框-剪结构等。装配式剪力墙结构相比于装配式框架结构，具有抗侧刚度大等优点，因此在高层建筑中占据更重要的地位[1－4]。
如图1所示，在装配式剪力墙结构中，不同剪力墙墙片构件间的水平向拼缝节点和竖向拼缝节点是影响整体结构性能的主要因素之一。目前针对水平向拼缝节点已开展了大量研究[5－7]，而针对竖向拼缝节点，《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ 1―2014)[8]中要求“楼层内相邻预制剪力墙之间应采用整体式接缝连接”，即采用预留后浇带进行浇筑，需要现场湿作业。为进一步提高装配率，减少现场湿作业，实现剪力墙间竖向拼缝的干式连接是解决办法之一。值得注意的是，这里竖向拼缝采用干式连接节点的剪力墙体，与带阻尼器式连梁的联肢剪力墙工作机理上较为接近，但在竖向拼缝连接中，墙片间拼缝较小通常在2 cm左右，常见的阻尼器式连梁做法无法直接应用。PRESSS体系中，在墙体竖向拼缝间采用U型阻尼器连接并在试验中充分发挥了耗能能力[9－10]；Sritharan和Sriram等[11]提出在预应力摇摆墙与两端配置框架柱之间采用O型阻尼器进行连接，有显著耗能效果；刘继新等[12]提出在剪力墙内预埋钢板，并在表面焊接开槽式钢板剪切阻尼器形成干式连接节点。基于现有研究，本文采用的干式连接节点做法是在墙片内预埋带栓钉钢板，并在钢板表面焊接边界优化后的钢板剪切阻尼器形成干式连接节点。
在装配式干式连接剪力墙结构中，竖向拼缝处混凝土楼板与联肢剪力墙或框架结构中连梁上方混凝土楼板类似[13－14]，在强震作用下，局部区域因受到较强的剪切作用而易于发生破坏，震后难以进行修复，如图2所示。邓开来等[15]针对连梁上方楼板破坏问题，提出沿交界面设缝并将上、下钢筋网交叉形成铰接点，试验结果表明普通楼板破坏严重，开缝后破坏程度减轻，但承载力随之下降；邓付元等[16]针对不同跨高比下对角交叉配筋连梁及上方楼板的破坏现象进行试验研究，结果表明基本均于1/400相对位移下，楼板最大裂缝宽度即超过规范要求中正常使用极限状态下限值0.2 mm。因此，本文作者基于竖向拼缝采用干式连接节点的装配式剪力墙结构，提出带有局部加强措施的楼板构造，通过开展试验研究考察相应的结构性能和破坏现象。
图1 典型装配式剪力墙结构构件间连接节点
Fig.1 Typical connection nodes of assembled shear wall components
图2 楼板在剪力墙干式连接节点处变形
Fig.2 Deformation of floor slab between shear walls with dry connections
1 设计思路与方案
1.1 楼板局部加强构造
在本研究中，考虑对普通楼板进行局部加强构造。装配式剪力墙结构存在2 cm的竖向拼缝，两侧墙片通过干式连接节点实现连接，楼板在2 cm拼缝处连续。楼板的局部加强措施见图3。其中，在楼板双层正交钢筋网的基础上，于2 cm拼缝处设置嵌于楼板中的暗梁，暗梁中心位置位于2 cm拼缝处，配筋方式为4根纵筋及相应的加密箍筋。
图3 楼板局部加强构造
Fig.3 Partial strengthen of floor slabs
1.2 试件设计
为研究带有局部加强构造楼板对采用竖向干式连接节点装配式剪力墙体性能的影响，以及楼板的破坏行为，设计3个剪力墙体试件开展试验研究，其中所有楼板均带有局部加强构造。竖向拼缝干式连接方式采用在剪力墙一侧预埋带栓钉钢板，后焊钢板剪切连接键实现连接，兼具提供刚度和耗能的功能[17－18]，具体试件设计方案见表1，选用的连接键尺寸见图4。
图4 连接件尺寸
Fig.4 Dimensions of connectors
表1 试件分组方案
Table 1 Grouping scheme of test specimens
试件分组 试件编号 墙体 楼板 连接键对照组 A 带缝墙 无 无研究组 B 带缝墙 有 无C 带缝墙 有 有
地梁截面尺寸为600 mm×800 mm×2400 mm，剪力墙体均高3500 mm、宽1600 mm，厚200 mm，中间缝宽20 mm；楼板与墙体同宽，沿墙厚方向跨度单侧300 mm，总宽度800 mm(考虑墙厚)，厚度130 mm，见图5。为更好地控制变量把握研究重点，试件所有部分均采用现浇制作。试件A为带缝墙，不设楼板，作为对照试件；试件B为带缝墙，无连接键，设置楼板。试件C为带缝墙，带有2个厚度为12 mm的连接件，具体尺寸如图4。墙体混凝土强度等级为C30，钢筋等级为HRB400。试件具体配筋信息见图6，其中墙体边缘约束构件采用
16钢筋，分布筋采用8钢筋；楼板采用双层双向8@200钢筋网，暗梁纵筋采用4根600mm长12钢筋，并配以8@50箍筋进行约束，具体构造示意图如图3所示。试验采用的C30混凝土实测立方体抗压强度平均值为41.8 MPa，16、12、8钢筋屈服强度平均值分别为462 MPa、472 MPa、455 MPa。
图5 试件外型尺寸信息
Fig.5 Dimensions of test specimens
图6 试件配筋信息
Fig.6 Reinforcement of test specimens
1.3 加载方案
试验采用拟静力加载方式[19]，加载高度为3300 mm(不含地梁高度)，水平向采用液压伺服作动器并通过抱梁与墙体连接，通过位移加载控制。为了更好地模拟墙体顶部的边界条件，采用独立压梁置于两侧墙肢上，并分别配以油压千斤顶施加恒定0.2的设计轴压比[20]。同时，在加载高度处，在缝内位置分别预埋钢板与墙肢钢筋固定，并在中间夹以聚四氟乙烯板，来保证两侧墙肢间能避免传递剪力从而达到两侧墙肢独立工作的目的。加载位移角分别为1/1000、1/800、1/500、1/300、1/200、1/150、1/100、1/67、1/50、1/40，每级循环加载3圈，加载完所有位移角或试件已严重破坏无法继续进行试验为止。具体加载装置和加载制度见图7。
图7 加载方案
Fig.7 Loading scheme
2 试验结果及分析
2.1 破坏现象
由于竖向拼缝没有干式连接，试件B楼板的破坏情况最为严重；而试件C楼板的破坏情况相对有所减轻。如图8所示，以试件B为例描述楼板破坏现象：位移角达到1/500时，从缝内延伸出斜向剪切裂缝；位移角达到1/200时，两侧裂缝在楼板厚度方向出现交叉；位移角达到1/150时，交叉裂缝贯穿楼板，中间区域出现明显的错动抬起；位移角达到1/50时，楼板破坏严重，下表面层混凝土完全开裂并脱落。试件C楼板的破坏原理与试件B相似，也是在开缝处的变形集中导致了混凝土开裂与裂缝延伸，但是由于干式连接对墙体的约束作用，使得两个墙体的相对变形减少，故而破坏的程度有所减轻，其楼板破坏现象见图9。
图8 试件B楼板裂缝分布及破坏现象
Fig.8 Cracking distribution and damage of specimen B
图9 试件C楼板最终破坏现象
Fig.9 Ultimate damage of specimen C
表2和图10给出了试件B、C楼板裂缝最大宽度与加载位移角的对应关系(楼板错动明显后，裂缝宽度过大不计入)。《建筑抗震设计规范》(GB 50011―2010)求，剪力墙结构在罕遇地震下层间位移角不超过1/120，《混凝土结构设计规范》(GB 50010―2010)求，混凝土结构的正常使用极限状态下缝宽度不应超过0.4 mm。在1/100位移角下，试件B楼板的裂缝最大宽度不满足要求，C为0.3 mm，满足要求。
2.2 数据分析
试件骨架曲线和等效刚度退化曲线见图11。试件A墙身于1/1000开裂，1/150达到承载力峰值，1/150后因墙角边缘约束构件钢筋压屈破坏退出工作，承载力开始下降。试件B墙身于1/800开裂，1/200时由于楼板内暗梁剪切破坏逐渐退出工作，承载力开始下降，骨架线被其余试件包络。试件C墙身于1/800开裂，于1/67达到承载力峰值，试验结束时楼板内暗梁发生破坏。试件刚度退化曲线见图11(b)。可以看出，试件B初始刚度最小，试件C的等效刚度一直高于试件B，而试件A(整体墙)的初始刚度最大。但是，随着位移角的增大，在1/200之后整体墙试件A的等效刚度低于试件C。
表2 各位移角下楼板裂缝最大宽度 /mm
Table 2 Maximum crack width of floor slabs under each loading drift
位移角 试件编号B C 1/1000 0 0 1/800 0 0 1/500 0.15 0 1/300 0.35 0 1/200 0.45 0.15 1/150 1.50 0.20 1/100 — 0.30 1/67 — 0.60 1/50 — 2.00
图10 楼板裂缝最大宽度
Fig.10 Maximum crack width of floor slabs
从骨架线上看，试件C因墙角边缘约束构件钢筋压屈出现承载力下降，表明试件C的楼板暗梁破坏晚于墙角边缘约束构件纵筋的压屈。试件A、B、C的骨架线与试验现象均相互符合，其中试件A由于高宽比较大，前期抗侧刚度较大，骨架线包络其余试件，在1/150位移角后出现下降；试件B由于楼板较早破坏，承载力峰值出现较早，但由于开缝后单侧墙肢长宽较试件A小，骨架线平台段较长，极限位移角达到1/45，延性较好；试件C与试件B类似，墙角边缘混凝土前期受损较轻，于后期大位移角下能提供相较于试件A更好的约束作用和抗压能力，故表现出略高于试件A的峰值承载力，高出比例为8.49%，极限位移角为1/55，表明干式连接可以使试件具有较好的延性。
Fig.11 骨架曲线和刚度退化曲线
Fig.11 Skeleton curves and stiffness degradation of specimens
总结楼板的破坏现象为4个阶段，图12给出各个阶段对应的现象示意图。四个阶段为：阶段1，裂缝从缝内出现并延伸至楼板边缘，此阶段裂缝宽度一般小于0.5 mm；阶段2，正负向裂缝继续延伸，并在楼板厚度方向出现交叉；阶段3，交叉裂缝进一步扩展，导致两侧楼板出现错动抬起；阶段4，交叉裂缝导致楼板上表面混凝土压碎，下表面混凝土脱落。表3给出了试件的各个性能点，表4总结了楼板典型破坏阶段对应的加载位移角，综合探讨试件中不同部件的破坏次序问题。主要考虑楼板暗梁、干式连接节点以及墙角纵筋，从表3可以看出屈服次序为：墙角纵筋-干式连接键-楼板暗梁纵筋，其中干式连接键为钢板剪切型阻尼器，屈服位移角较小，在试件C中干式连接键均早于楼板暗梁屈服。楼板混凝土开裂较暗梁纵筋屈服早，且受剪破坏过程延性较差，因此由于楼板的脆性破坏，在试件B中直接导致了在较小的位移角下即到达峰值承载力。
表3 试件性能点
Table 3 Performance points of test specimens
注：1) 墙体屈服点取为边缘纵筋屈服对应的位移值及承载力(参考《建筑抗震试验方法规程JGJ 101―96》)；
2) 位移角均为墙体加载对应的位移角。
性能点 试件A B C初始刚度/(kN/mm) 65.93 43.32 58.83开裂位移角 1/1000 1/800 1/800墙体屈服位移角 1/835 1/465 1/561暗梁纵筋屈服位移角 ― 1/332 1/117连接键屈服位移角 ― ― 1/209(墙体)屈服承载力/kN 224 287 253(墙体)峰值承载力/kN 438 345 473峰值位移角 1/150 1/200 1/67极限位移角 1/89 1/45 1/55
图12 楼板的各个破坏阶段
Fig.12 Failure stages of floor slabs
表4 楼板典型破坏阶段对应加载位移角
Table 4 Loading drift corresponding to typical failure stages of floor slabs
破坏阶段 试件编号B C裂缝出现 1/500 1/200裂缝交叉 1/200 1/100楼板错动抬起 1/150 1/50混凝土剥落 1/50 —
3 结论
本文主要研究在装配式剪力墙竖向拼缝干式连接节点处楼板的破坏问题，其中楼板局部采用加强构造，干式连接节点采用后焊钢板剪切阻尼器，共进行了3个试件的试验研究。试验现象表明：
(1)相较于整体墙试件A，带缝墙体试件初始刚度均低于试件A，承载力方面试件B最低，试件C略高于试件A，高出比例为8.49%，可认为是墙体带缝后角部混凝土前期损伤较轻，后期更好地发挥了约束和受压作用。
(2)楼板的破坏特征表现为明显的局部剪切破坏，破坏阶段大致分为：① 裂缝从缝内出现并延伸至楼板边缘；② 正负向裂缝继续延伸，并在楼板厚度方向出现交叉；③ 交叉裂缝进一步扩展，导致两侧楼板出现错动抬起；④ 交叉裂缝导致楼板上表面混凝土压碎，下表面混凝土脱落。
(3)无干式连接节点的试件B中，由于楼板于1/200位移角下的破坏导致承载力较早达到峰值；对于采用干式连接节点的试件C，在大震水平位移角下，楼板最大裂缝宽度为0.3 mm，可以满足规范要求，但在试验加载过程中仍会出现斜向剪切裂缝。
综上所述，楼板在装配式剪力墙干式连接节点处存在局部区域发生严重的受剪破坏问题，需要进行进一步深入的分析研究加以解决。本文中采用内置带箍暗梁的楼板局部加强措施，在采用墙间干式连接节点情形下，当墙角混凝土剥落墙体失去承载力时，仍在一定程度可保证楼板震后可修。
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