为准确描述试验现象，现定义作动器推力方向为正向加载，拉力方向为负向加载；靠近作动器一侧为西侧，远离作动器一侧为东侧，墙体正面为南侧、背面为北侧，如图9.22所示。由于2个剪力墙试件更换墙趾构件后，需进行再加载，为方便描述，现定义更换墙趾构件后试件RSPCSW-H1编号变更为RSPCSW-H2，试件RSPCSW-V1编号变更为RSPCSW-V2。 2个带有可更换墙趾消能器的波形钢板-混凝土组合剪力墙试件的加载制度相同，但各试件的试验现象存在较大差别。下面分别就各自的试验现象进行描述。

9.2.6.1　试件RSPCSW-H1试验现象

1）屈服前加载阶段。在混凝土开裂前，试件处于弹性工作阶段，荷载-位移关系曲线基本呈线性变化，试件RSPCSW-H1无明显现象。当荷载正向加载至150 kN时，试件RSPCSW-H1出现第一条裂缝，裂缝位置为东侧可更换构件内侧相邻混凝土处，裂缝呈现水平发展，如图9.28（a）所示，同时伴随有类似摩擦声响。当荷载负向加载至150 kN时，西侧可更换构件内侧墙体出现水平裂缝。当水平荷载加载至正向250 kN时，墙体东、西两侧墙趾处水平裂缝发展为斜裂缝，与水平方向约成20°夹角。同时，试件可更换墙趾高度以上部位开始出现较短斜裂缝，裂缝与水平方向约成35°夹角。墙体裂缝主要集中在可更换墙趾高度范围内，且发展趋势为先水平开裂，而后缓慢发展为斜裂缝，试件两侧主斜裂缝基本呈对称发展。试件其他部位出现少量的较短斜裂缝，如图9.28（b）所示。

综上所述，剪力墙两侧墙趾处安装可更换墙趾消能器后，在水平荷载作用下，剪力墙损伤得以集中在可更换墙趾高度范围内。试件开裂荷载为150 kN。

图9.28　墙趾构件更换前裂缝发展图

2）可更换墙趾消能器屈服阶段。当水平荷载加载至负向300 kN时，西侧可更换构件南侧腹板底部向北鼓曲。此时，水平荷载-位移曲线明显偏离直线，水平荷载改为位移控制。当水平荷载加载至正向19.5 mm第1圈时，东侧可更换墙趾消能器西侧混凝土出现竖直方向裂缝，高度约25cm，混凝土有剥落趋势。当水平荷载加载至正向19.5 mm第2圈时，东侧可更换墙趾消能器波形钢腹板出现面外鼓曲。当水平荷载加载至19.5 mm第3圈时，可更换墙趾高度范围内，混凝土4条主斜裂缝交汇于墙体中部，如图9.29（a）所示。此时，可更换墙趾消能器波形钢腹板面外鼓曲明显，如图9.29（b）所示，试件位移角已达到1%，到达GB50011-2010《建筑抗震设计规范》所规定剪力墙结构最大层间位移角。停止加载，更换墙趾构件。

综上所述，试件RSPCSW-H1的屈服荷载为359.32 kN，安装可更换墙趾消能器后，剪力墙损伤区域得以集中在可更换区域内，整体损伤不大，抗震性能基本保持完好。

图9.29　墙趾构件屈服阶段试件变形图

9.2.6.2　试件RSPCSW-H2试验现象

1）更换墙趾构件后加载至屈服阶段。更换墙趾构件后，对试件进行再次加载，由于累积损伤的存在，墙趾构件更换后加载过程中，已损伤区域裂缝继续发展。首先对试件施加竖向荷载，加载过程中，伴随有沉闷的“咚咚”声，原因是内置波形钢板与混凝土发生挤压。当水平荷载加载至正向150 kN时，东侧可更换墙趾消能器上部混凝土出现斜向下裂缝，裂缝与水平方向夹角约呈30°；当水平荷载加载至正向200 kN时，试件东侧底部墙体与底梁变截面处，混凝土水平裂缝加宽，向地梁方向延伸，如图9.30所示。同时，加载过程中伴随有沉闷的“咚咚”声，原因为墙体削弱高度范围内，波形钢板与混凝土挤压。当水平荷载加载至负向200 kN时，西侧墙趾处，相邻混凝土竖向裂缝变宽。当水平荷载加载至正向300 kN时，东侧墙趾处混凝土水平裂缝加深并错开。此时，水平荷载-位移曲线明显偏离直线，试件RSPCSW-H2进入屈服阶段，混凝土裂缝发展趋势如图9.30（b）所示。

图9.30　墙趾构件更换后裂缝发展图

综上所述，更换墙趾构件后，试件的屈服荷载为379.00 kN。此阶段加载过程中，试件新增裂缝很少，剪力墙试件的抗震性能基本保持完好。

2）破坏阶段。试件RSPCSW-H2进入屈服阶段后，水平荷载改为位移控制。位移加载至正向26.4 mm时，东侧墙趾处混凝土轻微剥落，水平裂缝最大宽度约2 mm；西侧可更换墙趾消能器两片波形钢腹板同时向北侧鼓曲，此时，可更换墙趾消能器竖向最大变形为9.59 mm。位移加载至负向26.4 mm时，西侧墙趾相邻混凝土有剥落现象，东侧墙趾处混凝土受压，有小片崩落，且东侧可更换构件波形钢腹板外缘下部均向南侧鼓曲。加载至负向26.4 mm第2圈时，东侧墙趾处混凝土剥落，未发现箍筋外露。加载至负向26.4 mm第3圈时，可更换墙趾消能器面外鼓曲继续发展；同时西侧墙趾处，临近可更换墙趾消能器区域混凝土压溃，有剥落趋势。加载至正向39.2 mm第1圈时，东侧可更换构件波形钢腹板鼓曲明显，构件发生整体扭转；东侧墙趾处混凝土裂缝加深，有剥落趋势。加载至负向39.2 mm第1圈时，西侧墙趾处混凝土受压剥落，发现纵向钢筋压屈，同时伴随有“沙沙”声，原因为剪力墙底部混凝土与波形钢板界面剥离；东侧墙趾处混凝土受拉开裂加剧，混凝土剥落，箍筋外露。西侧可更换墙趾消能器南侧腹板失稳，腹板下部向北鼓曲，期间伴随有“砰砰”声。加载至正向39.2 mm第2圈时，剪力墙底部混凝土裂缝贯通，裂缝将混凝土分割成块状剥落。加载至负向39.2 mm第3圈时，西侧可更换墙趾消能器整体扭转，发生失稳破坏；西侧墙趾处混凝土大面积剥落，混凝土与波形钢板丧失黏结能力，波形钢板外露，可以看到鼓曲变形。试件最终破坏情况如图9.31所示。

图9.31　试件最终破坏图

9.2.6.3　试件RSPCSW-V1试验现象

1）屈服前加载阶段。在混凝土开裂前，试件RSPCSW-V1处于弹性工作阶段，荷载-位移关系曲线基本呈线性变化。当水平荷载加载至正向100 kN，试件西侧墙趾底部混凝土出现短斜裂缝，裂缝长度9.8 cm，宽度不足0.1 cm。此时裂缝发展情况如图9.32（a）所示。当水平荷载加载至负向100 kN，试件RSPCSW-V1东侧墙趾底部混凝土出现短斜裂缝，裂缝长度9.4cm，宽度不足0.1cm。当水平荷载加载至正向150 kN，东侧可更换墙趾消能器上端板处角部混凝土出现斜向上裂缝，裂缝长度约24 cm，与水平方向夹角约10°。当水平荷载加载至正向200 kN，西侧可更换墙趾消能器上端板处角部混凝土出现斜向上裂缝，裂缝长度约14 cm，与水平方向夹角约10°。当水平荷载加载至负向250 kN时，西侧方钢管柱上部有崩开声，原因是方钢管柱与相邻侧混凝土界面脱开；东侧墙趾处底部混凝土裂缝继续发展，加宽；墙体西侧中上部，出现2条较长斜裂缝，与水平方向约成60°夹角，如图9.32（b）所示。裂缝发展区域比较分散，并未集中于剪力墙底部墙体削弱部位；两侧可更换墙趾消能器并未出现明显变形。

综上所述，试件RSPCSW-V1的开裂荷载为100 kN，此阶段试件裂缝发展区域比较分散，并未集中于剪力墙底部墙体削弱部位；两侧可更换墙趾消能器并未出现明显变形。

图9.32　墙趾构件更换前裂缝发展图

2）可更换墙趾消能器屈服阶段。随着试件混凝土裂缝增加，试件荷载-位移曲线出现明显转折，水平荷载改为位移控制。当水平位移加载至正向10.2 mm第1圈时，墙体削弱部位以上区域东侧中部出现1条竖向裂缝，宽度不足0.1 cm，长度约100 cm，对照试件加工图9.18可知，此处为内置波形钢板波峰处，混凝土保护层厚度最小。当水平位移加载至正向10.2 mm第2圈时，底梁与墙片结合部位出现裂缝，裂缝由西侧墙趾底部开展，向墙体中部延伸，裂缝长度约25 cm，裂缝最大宽度不足0.1 cm；东侧可更换墙趾消能器北侧腹板出现鼓曲。当水平位移加载至正向19.1 mm第1圈时，东侧可更换墙趾消能器2片波形腹板均出现鼓曲，西侧墙片与底梁结合部位裂缝继续发展，延伸至墙体中部。当水平荷载加载至负向19.1 mm第1圈时，东侧墙趾角部混凝土裂缝加宽至0.2～0.3 cm，且继续延长。当水平位移加载至正向18.0 mm第1圈时，东侧可更换墙趾消能器变形继续加剧，位移计H-5显示构件竖向变形已达到9.5 mm；西侧可更换墙趾消能器应变片数据显示已进入屈服状态。当水平荷载加载至负向18.0 mm第3圈时，墙片主裂缝分布形式为墙体下部削弱区内交叉，角度约成50°；墙片中部及上部形成2条竖向裂缝带，裂缝最大宽度为0.1 cm；两侧可更换墙趾角部水平裂缝继续发展为斜裂缝，于墙片中部呈交叉状，长度约30 cm，试件的混凝土裂缝发展见图9.33（a）；两侧可更换墙趾消能器应变片数据均显示进入屈服状态，两侧可更换墙趾消能器均出现明显变形，东侧墙趾构件变形更为明显，见图9.33（b）。此时，试件位移角已接近1%，到达GB50011-2010《建筑抗震设计规范》所规定剪力墙结构最大层间位移角。停止加载，更换墙趾构件。

综上所述，试件RSPCSW-V1的屈服荷载为419.80 kN。此阶段加载过程中，剪力墙底部削弱区域混凝土裂缝继续发展，混凝土未出现剥落现象；东侧可更换墙趾消能器首先出现腹板鼓曲，西侧可更换墙趾消能器腹板屈服，未有明显变形。

图9.33　墙趾构件屈服阶段试件变形图

9.2.6.4　试件RSPCSW-V2试验现象

1）更换墙趾构件后加载至屈服阶段。更换墙趾构件后，对试件RSPCSW-V2进行加载。当水平荷载加载至正向100 kN时，西侧可更换墙趾消能器连接板上部混凝土出现水平裂缝，长度约5 cm，最大宽度不足0.1 cm。当水平荷载加载至负向200 kN时，东侧可更换墙趾处相邻混凝土出现斜裂缝，与水平方向夹角约15°，长度约14 cm，最大宽度不足0.1 cm，如图9.34（a）所示。当水平荷载加载至正向300 kN时，墙片已有裂缝继续发展，未发现新增裂缝，如图9.34（b）所示。试件荷载-位移曲线已明显偏离直线，此时，试件进入屈服阶段。

综上所述，试件RSPCSW-V2屈服荷载为469.20 kN，此阶段加载过程中已损伤区域裂缝继续发展，个别区域有新增裂缝出现。(www.daowen.com)

图9.34　墙趾构件更换后裂缝发展图

2）破坏阶段。试件RSPCSW-V2屈服后，水平荷载改为位移控制，每级荷载循环3圈。当水平位移加载至18.6 mm时，试件有沉闷的“咚咚”声，原因是内置波形钢板与混凝土界面脱离。当水平位移加载至正向29.0 mm第1圈时，东侧可更换构件相邻侧混凝土出现竖向裂缝。当水平位移加载至负向29.0 mm第1圈时，西侧可更换墙趾消能器北侧波形钢腹板出现鼓曲。当水平位移加载至负向29.0 mm第2圈时，西侧可更换墙趾消能器南侧波形钢腹板出现鼓曲。当水平位移加载至正向31.4 mm时，东侧可更换墙趾消能器鼓曲加重。当水平位移加载至负向37.8 mm第2圈时，东侧可更换墙趾消能器在拉力作用下，连接板与预埋板之间产生缝隙。当水平位移加载至49.2 mm时，可更换墙趾消能器高度范围内，试件混凝土出现剥落现象，纵向钢筋被压屈，如图9.35（a）和9.35（b）所示。当水平位移加载至50.6 mm时，剪力墙试件承载力下降至85%以下，试件破坏，试件最终破坏情况如图9.35（c）～图9.35（e）所示。

图9.35　试件最终破坏图

综上所述，此阶段加载过程中，由于试件位移角不断增大，墙片两侧可更换墙趾消能器内侧混凝土首先开裂，裂缝增多。继而可更换墙趾消能器面外鼓曲严重，竖向变形增大，有失稳破坏趋势。最终，可更换构件整体发生扭转破坏，继续加载，墙体削弱部位纵向钢筋压屈，箍筋屈服，混凝土压溃，钢筋外露，墙体破坏。

9.2.6.5　试件破坏机理分析

（1）波形钢板受力机理

首先将波形钢板的受力方向分为2个不同的方向，即顺波纹方向和垂直波纹方向，如图9.36所示。当波形钢板承受沿顺波纹方向的荷载时，由于其在该方向上的刚度很小，基本没有承受荷载的能力，所以比较容易产生明显的变形；当波形钢板承受垂直波纹方向的荷载时，其在该方向上的刚度大，可以表现出良好的承载能力。

图9.36　波形钢板受力方向

基于上述波形钢板的受力特性，分析其在低周往复荷载作用下的受力过程。针对本书试验剪力墙试件中选用的2种不同放置形式的波形钢板，分别分析波形钢板的受力过程。

（2）试件 RSPCSW-H1、RSPCSW-H2

水平荷载作用于垂直波纹方向。此种受力状态下，水平荷载产生的弯矩作用，使波形钢板顺波纹方向易产生变形，从而导致波形钢板和约束边缘构件连接部位角部容易产生应力集中，约束边缘构件底部应力较大。考虑到竖向荷载的作用，在顺波纹方向波形钢板容易发生面外变形。对于可更换墙趾高度范围内的墙体而言，该部位内置波形钢板缺少约束边缘构件，仅有加密箍筋约束波形钢板的变形，故在持续加载过程中，此处混凝土和箍筋破坏明显。

（3）试件 RSPCSW-V1、RSPCSW-V2

水平荷载作用于顺波纹方向。此种受力形式下，波形钢板在顺波纹方向基本不能首先传递水平荷载，水平荷载主要由约束边缘构件和外包混凝土优先承担；由于外包混凝土限制了波形钢板的面外变形，一定程度上提高了波形钢板的刚度，使剪力墙试件的整体抗侧刚度得以提升。随着水平荷载持续增加，外包混凝土首先发生破坏，之后波形钢板在水平荷载作用下产生变形，从而提升了剪力墙试件的延性。