新型村镇装配砌体抗震性能

冷小民，赵菲菲，王旭光，张玉敏，王绍杰

(河北省地震工程研究中心河北联合大学，河北唐山063009)

0 引言

唐山大地震后我国的结构抗震研究者提出了在砌体结构中布置构造柱、圈梁的抗震措施。当墙体在地震作用下发生水平变形后，构造柱和圈梁能有效约束墙体，提高砌体结构的抗倒塌性能，使砌体墙在遭受大震时做到裂而不倒，这项技术也已得到历次地震的检验，被国内外学者所认同。而这项技术在村镇建筑中的应用中遇到了困难，多数村镇建筑都不设构造柱(高抗震设防区甚至也是如此)，少量设置了构造柱，但施工成型的构造柱质量却很差，起不到约束墙体，提高房屋抗震性能的作用。

本课题组提出了适用于各设防裂度区的装配式构造柱圈梁新技术，其特点是圈梁和构造柱由特制的预制块砌筑而成，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工艺，即使部分需要浇注也无需支模，并将其作为村镇房屋中的主要承重构件。本文通过新型村镇装配砌体墙片承受低周反复水平荷载作用下的试验，与传统钢筋混凝土圈梁构造柱墙体、普通砖素墙体以及其他材料砖墙的力学性能进行比较，得出了新型村镇装配砌体结构能够满足抗震性能要求的结论，且具有免支模免振捣等优点。

1 试验概况

为了研究装配式圈梁构造柱墙体的破坏形态和抗震性能，本试验共制作了4个试件模型墙体，其中2片为素混凝土圈梁构造柱墙体，2片为钢筋混凝土圈梁构造柱墙体。墙体的制作模拟现有普通住宅房屋及窗间墙的尺寸，墙体编号及应用参数如表1所示。试件模型示意图和墙体加载照片如图1和图2所示。

表1 试验墙体编号及参数

2 试验结果及分析

2.1 墙体受力结果

在加荷初始阶段，试件基本上处于线弹性性质，墙体受力与墙体顶端位移成线性关系。当荷载继续增加时，荷载位移曲线的曲率有明显的变化，然后墙体可观察到微小的裂缝，当施加荷载较小时，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，墙体既有竖向裂缝和斜裂缝，又有水平裂缝，呈现弯剪破坏的性质。当荷载继续增大，主裂缝X型交叉裂缝贯通时，墙体破坏。但砖砌体与柱之间直至严重破坏也几乎未发现脱开。从我们所作的这四片墙体来看，墙体开裂是受主拉应力所控制，同时剪应力分布在柱上迅速增大。对有钢筋的的构造柱墙体来说，在开裂阶段实测到的柱内钢筋应变均不大。4片墙加载实验确定的墙片抗震抗剪承载力与墙顶位移如表2所示。

表2 墙片抗震抗剪承载力与墙顶位移

图3为四片墙体的骨架曲线，由图3可以看出，圈梁构造柱中有钢筋的墙体的开裂荷载、极限荷载、破坏荷载远比素混凝土的墙体大，墙体开裂后位移增长迅速。

图3 墙体骨架曲线

2.2 新型装配式砌体的抗震性能

根据材料试验及墙体抗震性能的试验数据计算出墙体的开裂抗震抗剪强度、极限抗震抗剪强度、延性系数及开裂荷载与极限荷载的比值等结果，如表3所示。从试验结果可以看出，新型钢筋混凝土构造柱圈梁墙体主要表现为延性破坏，而新型素混凝土圈梁构造柱墙体整个过程主要表现为明显的脆性破坏。钢筋混凝土构造柱圈梁墙体的开裂荷载、极限荷载明显比新型素混凝土墙体高，延性系数也要好。说明与素混凝土构造柱圈梁相比，钢筋混凝土构造柱圈梁对墙体具有更好地约束作用。墙2和墙3有竖向均布荷载0.15MPa，墙1和墙4没有施加竖向均布荷载。

表3 本次试验的抗震性能

2.3 新型钢筋混凝土构造柱圈梁墙体与传统钢筋混凝土圈梁构造柱墙体的比较

传统钢筋混凝土圈梁构造柱墙体的裂缝一般首先出现在墙体中下部位，继而发展为二条接近墙体对角线的型交叉的主裂缝，及主裂缝附近的一些次裂缝［1］。而新型钢筋混凝土构造柱圈梁墙2的裂缝既有竖向裂缝和斜裂缝，又有水平裂缝，呈现弯剪破坏的性质。与传统的钢筋混凝土圈梁构造柱墙体的相比，新型钢筋混凝土构造柱圈梁墙2开裂荷载、极限荷载及延性系数相差不大。表4给出了中国建筑科学研究院的试验结果，与之相比［2］，本次试验结果略高，其原因在于施加的轴压力不同、试件尺寸的差异及实测砖及砂浆强度不同。

表4 传统钢筋混凝土圈梁构造柱粘土砖墙体的抗震性能

图4和图5分别给出了新型墙2和传统钢筋混凝土圈梁构造柱墙体滞回曲线。由图4和图5可以看出，两种墙体的滞回曲线都很丰满且耗能性能都很好，骨架曲线的发展趋势在上升阶段比较相似，这说明墙体在开裂前的受力特征基本相同。墙体达到极限荷载后，新型墙体位移发生突变，而传统墙体表现不是很明显。但总体上说，新型钢筋混凝土构造柱圈梁墙体与传统钢筋混凝土构造柱圈梁墙体相比，新型墙体能满足抗震性能的要求。

2.4 新型素混凝土圈梁构造柱墙体与传统普通砖素墙体的比较

传统普通砖素墙体破坏模式与本试验的破坏模式相似，试件表现为弯剪型破坏，但以剪切变形为主。其开裂荷载、极限荷载相差不大。表5给出了湖南农业大学实验测定的传统普通砖素墙体的抗震性能，WP、WD、GW、WH分别表示蒸压粉煤灰实心砖素墙体、蒸压粉煤灰多孔砖素墙体、设置构造柱多孔砖墙体和普通砖素墙体［3，4］。由表5对比可见，新型素混凝土圈梁构造柱墙3的延性系数明显优于传统普通砖素墙体。

表5 传统普通砖素墙体的抗震性能

图6和图7分别给出了新型墙3和传统普通砖素墙体的滞回曲线。由图6可以看出，整个滞回曲线较为丰满，墙体在开裂前，骨架曲线基本为直线，刚度变化不大;开裂后，曲线斜率减小，出现明显的拐点，墙体刚度降低，变形增幅加大;达到极限荷载后，曲线仍呈现上升趋势，反映出耗能能力比较好。而从图7可以看出，曲线不是很丰满，表明在耗能能力上还是有差距。

2.4 与其他材料砖墙的比较

本次试验破坏墙体中出现的次生裂缝比蒸压粉煤灰实心砖试验墙体及蒸压粉煤灰多孔砖墙的多，主裂缝通过砖块的比例比蒸压粉煤灰实心砖试验墙体的要多。其开裂荷载、极限荷载相差不大，延性系数免支模免振捣素混凝土圈梁构造柱墙体则更高一些。部分材料砖墙体的抗震性能如表6所示［6-8］，FQ、FQZ分别表示四川省建筑科学研究院研究的粉煤灰实心砖素墙体和设置构造柱墙体，KQ表示湖南大学所做的KP1型烧结页岩粉煤灰多孔砖墙体。

表6 其他材料砖墙体的抗震性能

图8和图9分别给出了新型墙1和粘土实心砖墙体的滞回曲线［5］。由图9可以看出，墙体在开裂后，随着位移的增加，承载力增加不大，并很快达到极限荷载，随后承载力急剧下降，整个滞回曲线比较瘦削，反映出耗能能力比较差。

3 结论

(1)新型村镇装配砌体与传统钢筋混凝土圈梁构造柱墙体的延性系数相差不大，但新型素混凝土圈梁构造柱墙体的延性系数明显优于传统普通砖素墙体，比其他材料砖墙也更高一些。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。

(2)从墙体抗震性能的比较来看，新型钢筋混凝土圈梁构造柱墙体完全能够满足强度及延性的需要，同传统钢筋混凝土圈梁构造柱墙体相比，性能未见明显差别，但施工方法大大改进，无需支模，无须振捣，强度及变形能力可靠。

(3)带构造柱墙体的开裂荷载明显高于不带构造柱的墙片，并能明显地提高墙体在水平反复荷载作用下的侧向承载力和变形能力，使墙体具有足够的抗倒塌能力，从而有效地改变砌体结构的脆性性质。

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