装配式地铁车站单面叠合侧墙受力性能试验研究

在我国建筑行业大力推行绿色、低碳、可持续发展的背景下，具有品质优良、施工快速、环境负荷小优势的装配式混凝土结构技术成为行业技术重点发展方向。近年来，由于施工技术的发展，装配式混凝土技术逐渐向地铁车站领域拓展，并取得了良好的示范效应。

由于地铁车站结构构件体型较大，采用“预制+现浇”的叠合构件形式，可降低构件重量、保证结构整体性，从而受到普遍关注。车站结构的叠合侧墙是承受水土侧压力及竖向荷载的重要结构构件，其受力安全性至关重要。为此，许多学者进行了相关研究。陈俊达等对双面叠合剪力墙进行了大偏心受压性能试验，发现混凝土叠合面黏结系数对叠合剪力墙在大偏心受压下的极限承载力和刚度影响较小；王宁等[7]对双面叠合剪力墙平面内抗 震性能 进行了试验研究，证明了边缘构件现浇或预制均可实现“等同现浇”抗震性能；曹仁辉等和余少乐等对双面叠合剪力墙水平接缝部位的钢筋构造及理论分析模型进行了探讨，并给出了相关模型取值参数；王平山等和林睿等利用双面叠合墙构造优势，对夹心保温叠合墙开展了系统研究。

既有的研究工作大多集中在双面叠合墙,鉴于双面叠合墙存在施工不便的原因，本文结合实际工程，研发装配式地铁车站单面叠合侧墙（以下简称单面叠合墙），并通过抗弯试验，研究其力学性能，为工程应用提供参考。

本文依托无锡地铁S1号线南门站工程，设计了单面叠合墙，其构造示意图见图1。其中，底板采用现浇结构，与侧墙连接部位伸出U形钢筋；侧墙内侧采用预制方式，预制部分厚度按侧墙厚度的一半进行设计，制作时连同另一侧钢筋网片共同成型，竖向钢筋在下部以U形连续，并与底板伸出U形钢筋搭接；U形钢筋搭接区域及侧墙外侧采用现浇混凝土，并形成侧墙底部及侧面叠合面。为保证叠合面黏结性能，侧墙底部采用水洗露骨料粗糙面，侧墙侧面采用凿毛粗糙面。

      单面叠合墙主要承受车站外侧水、土压力的水平荷载作用及由站内结构和使用荷载传递的竖向荷载，相关文献的研究结果表明，叠合面对叠合墙的抗压性能影响不明显。因此，本文重点研究单面叠合墙在水平荷载作用下的抗弯性能。

2.1   试件设计

本文将单面叠合墙从整体结构中截取出来，仅做叠合面墙体的抗弯性能试验，不考虑U形搭接钢筋连接节点。同时，考虑到制作成本、加载条件等因素制约，采用1∶2缩尺比例进行试验，试件尺寸为350 mm×1 740 mm×200 mm（厚×高×宽）。叠合试件和现浇试件编号分别为DPCW和ZPCW。试件配筋见图2。

2.2   材料

DPCW试件预制部分混凝土强度等级为C50，实测立方体抗压强度标准值为51.3 MPa， 现浇部分混凝土强度等级为C40；ZPCW试件混凝土强度等级为C40，实测立方体抗压强度标准值为42.3 MPa；受力钢筋型号均为HRB400，不同直径钢筋实测力学性能见表1。

2.3   加载与量测

试验加载时将试件水平放置，采用四点加载法，试件叠合面朝下受拉，以形成最不利的加载状态。试件加载采用单调加载方式，直至试件破坏或发生不利于继续加载的过大变形。试验加载见图3。

试验中通过压力传感器记录加载点的荷载大小，试件跨中下部设置的位移计用来测量加载过程中的跨中挠度，并在跨中截面各层钢筋（即混凝土表面）黏贴应变片，以采集钢筋及混凝土应变数据。

3.1   试件破坏形态

试件破坏形态见图4。

      由图4可知：DPCW试件和ZPCW试件的破坏形态基本相同，破坏由加载点至支座的斜裂缝控制，中部纯弯段出现少量竖向弯曲裂缝；由于实际设计中，单面叠合墙未考虑抗剪所需配置的箍筋，将其看作一般板类构件进行抗弯性能试验，出现因箍筋缺失而导致的剪切破坏；DPCW试件的侧墙底部及侧面叠合面均未出现明显的界面开裂，表明水洗露骨料工艺处理的侧墙底部和凿毛工艺处理的侧墙侧面均能保证叠合面的黏结性能，提高试件的整体性；根据试验现象及数据，DPCW构件的开裂荷载为40 kN，破坏荷载为130 kN，ZPCW构件的开裂荷载为45 kN，破坏荷载为115 kN。

3.2   荷载-挠度曲线

试件的荷载-挠度曲线见图5。

      由图5可知：DPCW试件和ZPCW试件的荷载-挠度曲线走势基本一致，表明两者受力过程相似；由于DPCW试件的预制部分混凝土强度等级较高，其同等挠度下的承载力稍高于ZPCW试件。

3.3   跨中截面钢筋应变分布

试件在开裂荷载与破坏荷载作用下，跨中截面钢筋应变分布情况见图6。

      由图6可知：DPCW试件和ZPCW试件的跨中截面钢筋应变分布呈线性，均基本满足平截面假定；叠合面的存在未影响截面应变分布，对试件整体受力性能无明显影响。

（1）单面叠合墙的破坏形态与现浇试件相同，均表现为剪切破坏，叠合面未出现明显界面裂缝，两者受力及破坏机制相似。

（2）单面叠合墙由于侧墙预制部分的混凝土强度等级较高，其荷载-挠度曲线稍高于现浇试件，表现出更好的承载力及刚度性能。

（3）单面叠合墙的跨中截面钢筋应变分布仍符合平截面假定，可靠的叠合面黏结性能使试件仍具有较好的整体性。

（4）单面叠合墙底部采用水洗露骨料粗糙面、侧面采用凿毛粗糙面的单面叠合侧墙试件可实现“等同现浇”受力性能，可安全应用于实际工程。

来源：《混凝土与水泥制品》杂志2024年第3期