装配整体式剪力墙结构须保证水平荷载在同层各竖向构件（剪力墙）之间的可靠传递，形成空间受力体系，并且防止地震中楼板塌落伤人及影响紧急疏散，因此，在地震作用下装配整体式剪力墙结构墙板节点在面内必须具有足够的强度和刚度，在面外则必须具有必要的强度和延性。由于墙板节点在面内的性能一般较容易得到满足，为此，仅需对装配整体式剪力墙结构的墙板节点在面外的抗震性能进行试验研究。结合试验和有限元分析手段，分析该类节点的承载能力和变形能力、受力机理、破坏模式等，从而掌握其抗震性能，并基于有限元模型对可能影响其抗震能力的相关参数进行了详细分析，为后续研究提供试验及理论基础。

（1）试件设计

试验节点同样取自试点工程（海门中南世纪城33#楼）的标准层，采用1∶1足尺比例模型，共做4个试件，其中现浇试件2个，作为对比试件，装配式试件2个，试件尺寸及剪力墙、板构件配筋率保持一致。

试件材料、截面尺寸及配筋均取自试点工程设计施工图，试件预制及现浇混凝土强度等级均为C30，受力钢筋及连接钢筋采用HRB400级热轧钢筋，箍筋采用HPB235级热轧钢筋，混凝土保护层厚度剪力墙为30 mm，板为25 mm。鉴于实际试验条件，选取合适的剪力墙、板构件的尺寸，使得试验中约束条件尽量与截取节点的理论边界条件接近。

现浇试件及装配式试件制作详图见图3-64。

图3-64　预制剪力墙-楼板连接节点试件设计详图

试件同样在江苏东南特种加固公司的生产基地制作，制作过程严格按照试点工程的制作方法和安装施工，现浇及装配式试件制作过程见图3-65。

图3-65　预制剪力墙-楼板连接节点试件制作过程

制作所用混凝土及钢筋的批次与预制剪力墙-连梁节点相同，其材料力学性能可从前文获得。

为便于后续分析，对各试件进行编号。现浇试件编号为QB-XJ1、QB-XJ2，NPC试件编号为QB-ZP2、QB-ZP3。

（2）试验加载方案

为掌握装配式节点的强度、刚度、延性及抗震性能等，确定加载方案为拟静力试验，即低周反复荷载试验，并与现浇试件进行比较，对装配式试件的抗震能力做出评价。

试验过程中，对剪力墙上、下端进行固结约束处理，并在剪力墙肢顶部施加恒定轴压，轴压比为0.15，在板端施加竖向往复荷载，向下为正，向上为负。为加载方便，板端采用集中荷载加载形式，未能采用理想的线荷载加载形式。试验加载简图及现场照片见图3-66。

图3-66　预制剪力墙-楼板连接节点试件加载

试验加载采用力和位移混合控制，屈服前以力控制加载，屈服后以屈服位移控制加载，每级循环2～3次，直至试件承载力下降至极限承载力的85%以下或试件变形太大不适于继续加载为止。

（3）试验现象

4个试件均为板根部塑性铰区破坏，节点区未出现明显裂缝，叠合板整体性良好，未出现沿叠合面的分层裂缝。试验均是因变形太大不适于继续加载而终止，承载力未见明显降低。

与T形外墙、梁、板节点相同，全部试件受力全过程大致可分为以下三个阶段：未裂阶段即线弹性阶段、开裂后至受拉主筋屈服阶段、受拉主筋屈服后的破坏阶段。

试件QB-XJ1：加载初期，试件基本上处于弹性状态，加、卸载后残余变形很小。当正向荷载达到+26 kN时，板面靠近墙根部出现裂缝，然后，反向荷载达到-19 kN时，板底靠近墙根部出现裂缝，此阶段即为开裂阶段。后直接加载到屈服，期间裂缝增加并不多，裂缝宽度增加较快，但残余变形还较小。试验表明，当正向荷载达到+30 kN（Δy=9 mm）时，板顶受拉钢筋屈服，然后，反向荷载达到-24 kN（Δy=14 mm）时，板底受拉钢筋屈服。进入位移控制阶段后，主裂缝宽度增加更快，残余变形显著增大，屈服后几乎不出现新裂缝，表明此时板根部塑性铰完全形成。到4Δy试件受压混凝土压碎，承载力下降至极限承载力的85%以下，试件已破坏，停止试验。破坏形态照片见图3-67（a）。

试件QB-XJ2：加载初期，试件基本上处于弹性状态，加、卸载后残余变形很小。当正向荷载达到+20 kN时，板面靠近墙根部出现裂缝，然后，反向荷载达到-13 kN时，板底靠近墙根部出现裂缝，此阶段即为开裂阶段。后直接加载到屈服，期间裂缝增加并不多，裂缝宽度增加较快，但残余变形还较小。试验表明，当正向荷载达到+27 kN（Δy=7.34 mm）时，板顶受拉钢筋屈服，然后，反向荷载达到-32 kN（Δy=7.6 mm）时，板底受拉钢筋屈服。进入位移控制阶段后，主裂缝宽度增加更快，残余变形显著增大，屈服后几乎不出现新裂缝，表明此时板根部塑性铰完全形成。到4Δy试件受压混凝土压碎，板纵筋外露，变形太大，不适于继续加载，停止试验。破坏形态照片见图3-67（b）。

图3-67　预制剪力墙-楼板连接节点试件破坏形态

试件QB-ZP2：加载初期，试件基本上处于弹性状态，加、卸载后残余变形很小。当正向荷载达到+20 kN时，板面靠近墙根部出现裂缝，然后，反向荷载达到-15 kN时，板底靠近墙根部出现裂缝，此阶段即为开裂阶段。后直接加载到屈服，期间裂缝增加并不多，裂缝宽度增加较快，但残余变形还较小。试验表明，当正向荷载达到+42 kN（Δy=3.85 mm）时，板顶受拉钢筋屈服，然后，反向荷载达到-32 kN（Δy=7.7 mm）时，板底受拉钢筋屈服。进入位移控制阶段后，主裂缝宽度增加更快，残余变形显著增大，屈服后几乎不出现新裂缝，表明此时板根部塑性铰完全形成。到4Δy试件向下残余变形过大，不适于继续加载，停止试验。破坏形态照片见图3-67（c）。

试件QB-ZP3：加载初期，试件基本上处于弹性状态，加、卸载后残余变形很小。当正向荷载达到+21 kN时，板面靠近墙根部出现裂缝，然后，反向荷载达到-16 kN时，板底靠近墙根部出现裂缝，此阶段即为开裂阶段。后直接加载到屈服，期间裂缝增加并不多，裂缝宽度增加较快，但残余变形还较小。试验表明，当正向荷载达到+47 kN（Δy=3.84 mm）时，板顶受拉钢筋屈服，然后，反向荷载达到-33 kN（Δy=8 mm）时，板底受拉钢筋屈服。进入位移控制阶段后，主裂缝宽度增加更快，残余变形显著增大，屈服后几乎不出现新裂缝，表明此时板根部塑性铰完全形成。到4Δy试件向下残余变形过大，不适于继续加载，停止试验。破坏形态照片见图3-67（d）。

（4）试验结果分析

各试件的滞回曲线与骨架曲线列于图3-68，滞回环均较饱满，反映了较好的耗能能力。

图3-68　预制剪力墙-楼板连接节点试件滞回曲线与骨架曲线

对比4个试件试验结果，详细结果列于表3-36。

表3-36　试验结果对比（预制剪力墙-楼板连接节点试件）

注：各级荷载数值均取正向加载时的荷载值；极限荷载及位移延性系数取试验终止时的相应数值。

初步对比看来，装配式试件开裂荷载与现浇试件的相近，而屈服荷载、极限荷载均得到一定程度的提高，位移延性系数均为4，满足延性需求。同时，试验均因变形过大不适于加载而终止，各试件的位移延性系数应该还要大于4，说明装配式试件具有良好的延性性能。

初步分析认为，装配式试件附加的连接钢筋的存在使其屈服荷载、极限荷载得到提高，而试件开裂时，变形很小，连接钢筋未得到利用，因此，对开裂荷载影响较小，甚至因剪力墙与板之间拼缝的存在，使其开裂荷载略低于现浇试件的开裂荷载。

综合分析来看，与现浇试件相比，装配式试件具有较高的强度、相近的延性性能，表现出良好的抗震性能。

（5）试验有限元分析

①有限元模型的建立

有限元模型的单元选取、材料属性、相关假设和简化与预制剪力墙-连梁连接节点类似，在此不再赘述。

建立的有限元模型见图3-69，其中，图3-69（b）采用矢量模式显示连接钢筋。

图3-69　预制剪力墙-楼板连接节点试件有限元模型

②计算结果的分析比较

特征荷载有限元分析结果与试验实测结果的对比列于表3-37，有限元分析得到的荷载-位移曲线与实测的骨架曲线对比见图3-70。

表3-37　特征荷载实测与计算结果的比较（预制剪力墙-楼板连接节点试件）

结合表3-37和图3-70可以发现，无论是现浇试件模型还是NPC试件模型，有限元分析结果与实测结果基本接近，仅屈服荷载后曲线偏离较多，分析认为，单调加载模式未考虑到低周反复荷载作用下混凝土开裂及局部压碎、钢筋的包辛格效应以及钢筋与混凝土之间的粘结退化等引起强度降低的因素，造成曲线有所偏离。两者整体趋势一致，均保持了较好的延性，极限荷载后有一较长的水平段，未出现明显的强度退化。(www.daowen.com)

图3-70　骨架曲线实测与计算结果比较（预制剪力墙-楼板连接节点）

分析试验应变数据发现，加载采用在板端施加集中荷载的方式，现浇试件板边缘和中部受力纵筋内力分配不均匀，各受力纵筋没有得到充分利用[图3-71（a）]；而NPC试件各连接钢筋受力状态相近，均得到充分利用[图3-71（b）]，表现出良好的整体受力特性。图中部分钢筋应变数据有较大突变，是由于钢筋屈服后应变片应变过大甚至损坏导致的。有限元分析结果见图3-72，与试验结果规律一致。

图3-71　各加载阶段钢筋应变分布（预制剪力墙-楼板连接节点）

图3-72　有限元模型钢筋应力分布（预制剪力墙-楼板连接节点）

现浇试件与装配式试件均是板根部塑性铰区弯曲破坏，图3-73给出现浇试件和装配式试件有限元模型的计算结果，其计算结果可正确反映其破坏模式。

图3-73　有限元模型计算破坏模式（预制剪力墙-楼板连接节点）

（6）节点构造分析

已完成的试验将剪力墙与板节点与现浇节点进行了同条件下的对比，试验结果证明了剪力墙与板节点具有相近的延性变形能力、较高的承载能力（极限承载能力平均提高约53%）和良好的整体受力特性，但是，装配式试件较现浇试件用钢量提高26%，节点构造仍然需要进一步优化，以进一步减少连接钢筋，提高材料利用率。同时，试验中未考虑的可能影响该节点抗震能力的一些因素，如剪力墙肢轴压力，连接钢筋强度、直径、数量及长度，以及剪力墙、板受力钢筋配筋率等。

在已有试验基础上，基于有限元模型，针对各影响参数进行计算，比较不同参数条件下的单调荷载-位移曲线，分析各个参数对该节点抗震能力的影响规律。

①剪力墙轴压比的影响

由于试验条件限制，同时考虑到加载的可行性及安全性，试验取用了低轴压比0.15。依据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）的规定，二、三级剪力墙的轴压比限制达0.6，因此，选取轴压比为0、0.4、0.6分别进行分析计算，同时保持其他条件不变，计算结果见图3-74。

图3-74　剪力墙轴压比分析结果（预制剪力墙-楼板连接节点）

②连接钢筋强度的影响

鉴于当前推广使用HRB400级以上的更高强度的钢筋，此处考虑了HRB500和HRB335两种强度等级情况，计算结果见图3-75。

图3-75　连接钢筋强度分析结果（预制剪力墙-楼板连接节点）

③连接钢筋直径的影响

保证钢筋品种和强度等级不变，对连接钢筋直径为8 mm、10 mm两种情况进行补充分析，与试验情况（直径为12 mm）的有限元分析结果比较见图3-76。通过比较发现，直径为10 mm时即可满足其受力要求，为节约钢材，推荐采用10 mm直径的连接钢筋。

④连接钢筋数量的影响

试验结果显示10根ϕ12的HRB400钢筋已能满足连接可靠性要求，此处考虑12根和8根两种情况对节点强度和刚度的影响，即改变连接钢筋间距来改变钢筋数量。计算结果见图3-77。

图3-76　连接钢筋直径分析结果（预制剪力墙-楼板连接节点）

图3-77　连接钢筋数量分析结果（预制剪力墙-楼板连接节点）

⑤连接钢筋长度的影响

试验中连接钢筋长度采用构造长度，并未完全考虑钢筋的锚固要求。根据《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010），试验中连接钢筋应有的锚固长度约为425 mm，按此锚固长度配置连接钢筋，若能仍然保证节点可靠性，可节约钢筋，因此，这里对连接钢筋锚入板内425 mm长进行计算，计算结果见图3-78。

图3-78　连接钢筋长度分析结果（预制剪力墙-楼板连接节点）

⑥板受力钢筋配筋率的影响

鉴于试验中裂缝及破坏主要在板根部出现，剪力墙中未出现明显损伤，因此，此处仅考虑板纵向配筋率的变化对节点荷载-位移曲线的影响。

板受力钢筋配筋率一般以钢筋间距表示，试验间距为175 mm，此处，考虑到《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）规定，本次试验板受力钢筋间距不能超过250 mm，因此，取钢筋间距为150 mm及200 mm进行计算，计算结果见图3-79。

图3-79　板受力钢筋配筋率分析结果（预制剪力墙-楼板连接节点）

将上述参数分析结果的详细数据列于表3-38。

表3-38　有限元参数分析详细结果（预制剪力墙-楼板连接节点试件）

续表3-38

注：1.表中带*参数，代表试验原型；
2.屈服荷载、屈服位移以连接钢筋开始屈服为准；
3.由于有限元分析对荷载预测较准确，因此，现浇试件实测结果仅列出荷载相关数据。

对于剪力墙轴压比，对节点承载力和变形没有明显影响。分析认为，由于节点破坏集中在板根部，而剪力墙的轴压荷载对该部分没有明显影响，但是，由于该轴向荷载对墙、板连接处有一定约束作用，限制了裂缝向该范围发展，使其极限荷载有所提高，同时，轴压约束了连接处的剪切变形，随着轴压比增大，节点各阶段变形相应有所减小。对于连接钢筋强度，对节点承载力有明显影响，随着强度提高，承载力几乎呈线性增长，而节点变形基本未受影响。此处需要说明的是，HRB400与HRB500分析结果很相近，试验原型分析采用的钢筋强度为实测值492 MPa，与设计取HRB500钢筋强度标准值500 MPa很接近，因此，两者分析结果相差不大。对于连接钢筋直径，直径为10 mm时即可满足其受力要求，为节约钢材，推荐采用10 mm直径的连接钢筋。对于连接钢筋数量，影响规律和连接钢筋强度相同。对于连接钢筋长度，可以发现，取现行规范确定的受拉钢筋锚固长度，几乎不影响节点的受力性能，因此，建议连接钢筋伸入板内425 mm即可。对于板受力纵筋间距，由于节点破坏位于板根部，板受力纵筋间距的减小，即提高了板的配筋率，相应提高了节点抵抗开裂的能力，也在一定程度上提高了其极限荷载，但由于屈服由连接钢筋控制，因此，对其屈服荷载影响不明显。同时对比发现，间距150 mm和175 mm两者相差并不明显。为节约钢筋，建议采用175 mm间距即可。

（7）试验研究结论

①试验及有限元分析表明：与现浇试件相比，装配式试件具有相近的延性变形能力、较高的承载能力和良好的整体受力特性。装配式墙板节点具有良好的抗震性能。

②建立的有限元模型能在一定程度上反映试件的抗震性能，并与试验数据吻合较好，可作为今后参数分析的基准模型。

③通过有限元参数分析可知，轴压比对节点性能没有明显影响，设计中可以忽略；连接钢筋强度和数量的增多虽可提高节点承载力，但对节点变形能力影响复杂，需结合延性要求及板配筋情况合理确定，此处仍然建议试验原型中采用的10根HRB400钢筋，但直径可降低，取10 mm；另外，连接钢筋取规范确定的受拉钢筋锚固长度，板受力纵筋间距取175 mm即可满足要求；同时，可以发现装配式墙板节点的抗震能力主要由连接钢筋的配置情况及其与板抗弯能力的协调作用效果决定，在后续研究中应对连接钢筋构造及设计方法进行深入研究，以便指导工程设计。