村镇装配砌体抗震性能试验

王旭光，冷小民，张玉敏，徐传枝，宋峰

(河北省地震工程研究中心河北联合大学，河北唐山063009)

砌体结构是我国村镇目前使用最广泛的建筑结构，凡严格按照抗震规范设计与施工的砌体房屋，其抗震能力均可以达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标。但砌体结构也是人们公认的抗震性能最差的结构，其主要原因是:(1)施工材料不规范，有些人图便宜，购买一些非钢材市场经销的伪劣钢材，并用于承重构件上;箍筋的角度不规矩，长度明显不足。(2)施工技术质量差，无统一规划，未进行正规或专门的设计，施工全凭经验，抗震构造措施不当。(3)有些农户(只有农闲时间)基于施工工期的限制而放弃使用构造柱。

按照规范设置传统的圈梁构造柱具有提高村镇房屋的抗震能力的作用，但在村镇建筑中推广应用却因为上述原因而受到很大的阻力，对此研究开发新型的圈梁构造柱技术具有较高的工程应用价值和历史意义针对砌体结构在施工过程中的问题，本文提出了装配式构造柱圈梁技术，其主要思想是将传统圈梁、构造柱的现浇钢筋混凝土施工工艺改变为以砌筑为主的施工。解决了传统构造柱在农村中建筑中难以落实使用的几大问题，具有造价低廉(素混凝土构造柱无需钢筋，芯柱式构造柱无需木工支模)、不占工期(可随墙体同时砌筑)、原材料质量有保证等特点(预制块由预制厂生产，工厂化生产便于质量监控)。

1 试验概况

1.1 试件设计模型与尺寸

装配式圈梁、构造柱所需的预制块共有2种，如图1和图2所示。圈梁、构造柱预制块组砌方法包括圈梁组砌方法、构造柱组砌方法和梁柱组装，如图3至图5所示。

待梁、柱身砌筑完成后，对于低烈度区(6度以下)，在左右、上下对齐的中部孔洞中直接灌注混凝土即可。而于中高烈度区(7!9度区)，则在孔洞中放置钢筋笼、然后浇注混凝土，即形成圈梁和构造柱。

2 加载制度

试验共制作4片墙体，其中配有钢筋的墙体2片(Q1、Q2)，素混凝土墙体2片(Q3、Q4)，墙体编号及参数如表1所示。对4片不同的墙体施加低周反复荷载，加载装置如图6所示。墙体试验参照中华人民共和国《建筑抗震试验方法规程》(JGJ101－96)进行。4片墙体的加载制度基本相同。首先对墙体施加竖向荷载，由2个液压同步千斤顶和荷载分配钢梁来实现，并在整个试验过程中保持竖向荷载不变，竖向荷载72kN及0kN。

表1 试验墙体编号及参数

正式试验前，先进行预加载，竖向荷载预加1次，水平反复荷载预加2次，荷载值不超过墙体预计开裂荷载值的20%。预加载过程中，观察墙体受力是否正常，有无扭转，有无弯曲;观察水平钢拉杆的螺帽是否松动;观察位移计、测力计、应变计等仪器工作是否正常;观察数据自动记录仪器工作是否正常;在预加载完成并确认可以进行正式加载后，再进行正式加载。水平荷载加载程序采用荷载-位移混合控制加载，每级荷载加载时间2min，加载制度如图7所示。

3 结果与分析

3.1 墙体的破坏形态

墙体在承受低周反复荷载作用过程中，破坏过程分为三个阶段［1］:弹性阶段、开裂阶段和破坏阶段。墙体刚开始受力时处于弹性阶段，墙体受到的力与墙体顶端位移成线性关系。随着荷载力的增大，墙体逐渐开裂，出现裂缝，进入开裂阶段。在开裂阶段，当施加荷载较小时，墙体开裂主要为剪摩破坏，墙体裂缝主要沿水平灰缝开裂。当施加荷载达到一定数值时，墙体开裂主要为剪压破坏，墙体裂缝主要沿墙灰缝与墙成对角方向开裂，裂缝成梯形。荷载力继续增大，墙体破坏即进入破坏阶段。墙体主要有两条裂缝，当两条主裂缝贯通时，墙体破坏。Q2墙体的破坏结果如图8所示，不同测试墙体抗震抗剪承载力与墙顶位移如表2所示。

图8 Q2墙体破坏实图

表2 墙体抗震抗剪承载力与墙顶位移

由表2可知，与无竖向压应力的墙体相比，有竖向压应力的墙体的初裂、极限、破坏荷载有明显提高，但位移恰好相反。圈梁构造中有钢筋的墙体的初裂、极限、破坏荷载与位移均比素混凝土圈梁构造墙体有所提高。

3.2 墙体的延性

所谓的延性［2］，是指墙体从屈服开始到达最大承载能力或到达以后而承载能力还没有明显下降期间的变形能力。延性好的墙体的后期变形能力大，在达到屈服或最大承载能力状态后仍能吸收一定量的能量，能避免脆性破坏的发生。墙体延性是衡量墙体抗震性能的重要指标。

结构的延性指标通常以结构极限位移与弹性变形的比值来表示［3］，如(1)式和(2)式所示:

式中，μ1为极限位移延性系数，μ2为破坏位移延性系数，Δu为试件极限位移;Δf为试件破坏位移，ΔCr为试件开裂位移。

根据表2试验结果，利用(1)式和(2)式计算不同墙体的延性系数μ1和μ2，列于表3。

表3 试验墙体延性系数

由表3可以看出，有垂直压应力的墙体比无垂直压应力的墙体的延性好，墙体构造柱圈梁中配有钢筋的墙体比素构造柱圈梁的延性有所增加。

3.3 墙体的刚度

对各个墙体的骨架曲线加权平均并做归一化处理［4-6］，得到三折线形骨架曲线，以Δ/Δu为横坐标，P/Pu为纵坐标，其中P为极限荷载，Pu分别为初裂荷载、极限荷载、破坏荷载。Δ为极限位移，Δu分别为初裂位移、极限位移、破坏位移，其中荷载与位移的值，取同级荷载、位移试验时正反方向的试验结果的平均值。各墙体试件的归一化骨架曲线如图9至图12所示。

由图9至图12可见，归一化骨架曲线分为3个工作状态，即弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段。将每个阶段的斜率定义为刚度，各墙体刚度的拟合求解结果如表4所示。

表4 各片墙体的刚度

由表4可见，试件加载初期，即弹性阶段，墙体刚度很大;随着低周反复荷载的增加，墙体的刚度随之减小，当试件由塑性阶段转变为破坏阶段，刚度退化逐渐变缓［7］，其原因为墙体随着吸收能量的增加而逐渐退出承载能力。

4 结论

(1)在一定范围内，增大墙体顶部均匀分布的竖向压应力，均可以提高墙体的抗震抗剪承载力，并且可以有效地增加墙体的水平极限位移和破坏位移，使墙体的延性增大，耗能能力提高。

(2)相对于同等条件下，素混凝土圈梁构造柱砖墙比钢筋混凝土圈梁构造柱砖墙的抗震抗剪承载力低50%左右，极限位移和破坏位移比较小，且墙体一旦开裂，很快就达到了极限承载能力状态，呈脆性破坏形态，墙体的延性较差，耗能能力比较低，但同素墙体比较，承载力仍能提高20%左右。

(3)墙体刚度随着荷载的不断增加而降低直至墙体破坏。

［1］ 朱宇峰.蒸压粉煤灰实心砖墙体抗震性能试验研究［D］.重庆大学，2007.

［2］ 何明胜.中高层密肋复合墙体延性及轴压比限值研究［D］.西安建筑科技大学，2008.

［3］ 赵全斌.改善蒸压加气混凝土承重墙体抗震性能试验研究［D］.天津大学，2005.

［4］ 李忠献.工程结构试验理论与技术［M］.天津大学出版社，2004.

［5］ 蒋伟.新型轻质混凝土承重砌体抗震性能试验研究［D］.天津大学，2005.

［6］ 张宏.带洞口约束梁柱粉煤灰蒸压砖承重墙、粉煤灰砌块自承重墙抗震性能的试验研究［D］.扬州大学，2007.

［7］ 李忠献.工程结构试验理论与技术［M］.天津大学出版社，2004.