摘 要：框格單元是構(gòu)成密肋復(fù)合墻板的最基本構(gòu)件，在框格單元中，框格與填充材料的相互作用對復(fù)合墻板的整體力學(xué)性能具有重要意義。本文針對密肋復(fù)合墻板框格與填充材料的相互作用問題進(jìn)行了試驗研究，給出了荷載位移曲線，并給出了試驗分析。試驗分析結(jié)論表明砌塊對整體構(gòu)件承載能力的提高作用明顯。

關(guān)鍵詞：框格； 填充材料； 試驗； 荷載位移曲線

1.前言

密肋壁板結(jié)構(gòu)作為一種新型建筑結(jié)構(gòu)體系，有著良好的應(yīng)用前景[1]。它是由預(yù)制的密肋復(fù)合墻板、現(xiàn)澆的隱形框架和樓板組合而成的一種新型結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造如圖1[1]所示。構(gòu)成密肋壁板結(jié)構(gòu)的重要受力構(gòu)件是密肋復(fù)合墻板，如圖2[2]所示，它是在混凝土框格中內(nèi)嵌輕質(zhì)填充材料后形成框格單元后，在框格單元周圍二次澆筑肋梁、肋柱后整體預(yù)制而成[3]?？蚋窈吞畛洳牧辖M成的框格單元是密肋復(fù)合墻板的最基本構(gòu)件。在框格與填充材料之間存在著彼此的相互作用[4]，這種相互作用對于研究復(fù)合墻板的整體力學(xué)性能有著重要的意義。

在已有的研究工作中，針對密肋復(fù)合墻板進(jìn)行了整體試驗研究，但對于框格單元內(nèi)部的受力機(jī)理和相關(guān)因素并未給出試驗研究方案和試驗結(jié)論，因此對于框格與填充材料之間的相互作用機(jī)理試驗[5]研究意義十分明顯。

2.試驗研究

2.1試件設(shè)計

試驗的試件是將密肋復(fù)合墻板的框格基本單元，按照相似關(guān)系以1/2比例縮小設(shè)計。試件分為4個系列，編號依次為FD，IFD-1，IFD-2，IFD-3。FD為空框格試件，框格試件設(shè)計截面高度分別為70，50，40mm。IFD-1、IFD-2、IFD-3分別為將聚丙烯纖維珍珠巖、普通珍珠巖、加氣混凝土作為填充材料的整體現(xiàn)澆試件，鋼筋及混凝土的基本力學(xué)性能指標(biāo)見表1，填充材料的基本力學(xué)性能指標(biāo)見表2。在IFD系列試件中，還考慮到砌塊與框格相對尺寸變化對復(fù)合墻板的影響，填充塊統(tǒng)一采用400×400mm的正方形預(yù)制塊，依次分別設(shè)計截面高度為80，70，60，50，40mm。

IFD類型試件的制作流程為：①預(yù)制砌塊②綁扎鋼筋骨架③放置砌塊④鋼筋就位⑤支模板⑥澆筑混凝土，F(xiàn)D類型試件的制作流程省去制作砌塊和放置砌塊的工序。

2.2 加載方案

采用手動液壓千斤頂作為加載設(shè)備，反力由鋼結(jié)構(gòu)門架提供，在試件的兩端采用特別加工的剛性加載頭將外荷載施加給試件。在受力時，剛性加載頭自身變形忽略不計以保證荷載均勻地傳給試件的梁柱節(jié)點(diǎn)。千斤頂與加載頭之間放置球鉸支座，保證荷載始終與試件的豎向?qū)蔷€保持重合。

框格單元的配筋見圖3，測點(diǎn)布置見圖4[6]。

3.試驗結(jié)果

3.1 FD系列試件

對FD系列試件的裂縫記錄和荷載位移曲線（圖5）分析可知，F(xiàn)D系列試件出現(xiàn)的裂縫主要集中于四個角區(qū)，破壞時出現(xiàn)塑性鉸。框格單元三種試件破壞過程是經(jīng)歷了彈性，彈塑性和破壞三占個階段。彈性階段極限荷載值的35%，極限荷載偏低，僅為2.5～9.2KN；極限位移大，在15.5～20.5mm之間，屬于延性破壞。承載力高的試件其初始剛度也大。荷載隨著梁柱截面高度的增加而增大。

3.2 IFD系列試件

對IFD系列試件的裂縫記錄可知：IFD-1的抗裂性較好，破壞面裂縫分布廣泛，試件破壞時為2～3條主裂縫，且在受力對角線兩側(cè)，整個砌塊表面裂縫分布廣，“斜壓桿”特征明顯；IFD-2 系列的試件破壞特征是砌塊上只有若干2～3條主裂縫，分布在在受力方向的兩側(cè)，沒有分布均勻的微細(xì)裂縫，且節(jié)點(diǎn)的塑性鉸轉(zhuǎn)動不充分，整個砌塊表面裂縫分布少；IFD-3系列的試件為不規(guī)則的若干條粗縫隙，裂縫由某個破壞點(diǎn)蔓延，且不對稱，沒有“斜壓桿”形狀特征。角區(qū)局部壓壞。構(gòu)件變形很大，砌塊的作用沒有得以充分發(fā)揮，硅酸鹽屬于脆性材料，在承載力很低時就已經(jīng)壓潰，肋梁柱的塑性鉸轉(zhuǎn)動不明顯。

對IFD系列試件荷載位移曲線圖（圖6～圖8）可以看出，從彈性階段進(jìn)入彈塑性階段的曲線斜率變化不大，彈性階段特征明顯；在載達(dá)到極限荷載的47～71%左右之前，荷載位移曲線基本為線性變化，此段過程為彈性工作階段；當(dāng)荷載繼續(xù)增大時，填充塊中首先開始出現(xiàn)裂縫，荷載位移曲線上曲線斜率變小，填充塊中裂縫不斷變密，變形明顯加快，繼續(xù)加載至極限荷載，此段過程為彈塑性工作階段；各試件基本上在超過2～3倍的極限荷載對應(yīng)的位移后，承載力降低至極限承載力的85%以下，此段過程為試件的破壞階段。IFD-3系列試件沒有明顯的屈服點(diǎn)，并且超過極限荷載后，與IFD-1、IFD-2系列試件相比，隨著變形的增大，荷載下降相對較快，這主要是因為填充材料的脆性及不均勻性引起的。

4.試驗結(jié)果分析

4.1 承載能力分析

由試驗數(shù)據(jù)繪曲線，可以得到各階段荷載、位移匯總表，見表3。

由表3可看出，同一種截面高度的構(gòu)件，填加砌塊后，開裂荷載明顯高于空框格，提高的倍數(shù)Kc約為5.8-38倍。同樣可得極限荷載提高倍數(shù)Ku約為3.8-11.4倍。由此得空框格在填加材料后開裂能力和承載能力明顯提高。這主要是因為砌塊對框格起到支撐的作用，可以使框格的承載能力明顯增大。

4.2 變形能力分析

通過荷載位移曲線（圖6～圖8）的曲線總結(jié)，可以得到各試件的變形能力分析如下。

（1）IFD -1系列

由圖6可見，各試件的荷載位移曲線在初始階段基本呈直線，并且同一組試件的初始段試驗點(diǎn)集中在同一條直線附近，之后進(jìn)入了非線性階段，位移增大，剛度下降，同一組試件的極限荷載隨著框梁柱的截面尺寸增加而增大。截面尺寸為40mm的極限荷載最低，而截面尺寸為70mm的極限荷載最高。在達(dá)到彈性荷載后試件出現(xiàn)了第一條裂縫，加荷曲線出現(xiàn)了彎折，剛度下降，但仍然可以繼續(xù)加載，且位移幅值很大。在位移為1.8mm左右時達(dá)到了極限荷載。

（2）IFD -2系列

由圖7可見，試件的荷載位移曲線在初始階段基本呈直線，并且同一組試件的初始段試驗點(diǎn)集中在同一條直線附近，之后進(jìn)入了非線性階段，位移增大，剛度下降，同一組試件的極限荷載隨著框梁柱的截面尺寸增加而增大，在位移為5.5～7.5mm范圍時達(dá)到了極限荷載。

（3）IFD -3系列

由圖8可見，試件的荷載位移曲線在初始階段基本呈直線，并且同一組試件的初始段試驗點(diǎn)集中在同一條直線附近，之后進(jìn)入了非線性階段，位移增大，剛度下降，同一組試件的極限荷載隨著框梁柱的截面尺寸增加而增大，在位移為2～2.5mm范圍時達(dá)到了極限荷載。

由表3可看出，同一種截面高度的構(gòu)件，填加砌塊后，開裂剛度明顯高于空框格，提高的倍數(shù)Kf約為4.4-26.9倍。由此得空框格在填加材料后剛度明顯提高；另外，填加砌塊后，試件的極限位移減小，縮小倍數(shù)Du約為0.06～0.39。

5.結(jié)語

在對無填充砌塊的框格和有填充砌塊的框格進(jìn)行了4組14個試件的對角線加載試驗完畢后，總結(jié)如下：

①試件的破壞分為三個階段： （1） 彈性階段 ，（2） 彈塑性階段，（3） 破壞階段。

② 各試件的破壞特征總結(jié)如下：

（1）彈性階段：框格和砌塊的協(xié)同工作良好，荷載位移曲線為直線段；

（2）彈塑性階段：節(jié)點(diǎn)肋梁處有微裂縫，中間砌塊開裂，斜壓桿形成；

（3）破壞階段：框格梁柱出現(xiàn)了塑性鉸，斜壓桿出現(xiàn)了橫向裂縫并蔓延至兩側(cè)。節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)扇形塑性區(qū)。

③彈性階段時框格的荷載—位移曲線斜率很高，初始剛度很大，在彈塑性階段，框格的剛度下降，達(dá)到了極限荷載后，荷載值緩慢下降，位移增加幅度大。

④ 荷載-位移曲線以及荷載分析表可看出：砌塊對整體構(gòu)件承載能力的提高作用明顯，與純框格相比，添加砌塊后的試件的開裂荷載比純框格提高了6-30倍，位移比純框格減小為原來的0.06～0.39倍。

⑤三種材料中，摻加聚丙烯纖維的珍珠巖砌塊裂縫分布均勻，破壞過程最充分，純粉煤灰砌塊的裂縫很不規(guī)則，破壞過程最不充分。

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