孫 莉 王 劍 溫佳斌 章廣明 孫偉民

(1.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 句容 212400； 2.南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210009)

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新型保溫承重混凝土砌塊墻體抗震性能試驗研究★

孫 莉1王 劍1溫佳斌1章廣明1孫偉民2

(1.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 句容 212400； 2.南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210009)

針對低周反復(fù)加載試驗，闡述了3片復(fù)合保溫砌塊墻體的破壞形態(tài)及受力全過程，分析了墻體的滯回特性、骨架曲線、延性、耗能能力及剛度退化等抗震性能，結(jié)果表明，新型復(fù)合保溫砌塊墻體具有良好的抗震性能，研究結(jié)果可為實際工程應(yīng)用提供參考。

復(fù)合保溫砌塊，低周反復(fù)試驗，抗震性能，建筑能耗

1 概述

能源問題一直是人類發(fā)展的關(guān)鍵性問題，建筑能耗在總能源消耗中占有很大的比例，建筑節(jié)能越來越受到世界各國的關(guān)注。隨著節(jié)能環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟等國家政策的頒布實施，對新型節(jié)能墻體材料的力學(xué)性能、抗震性能、防裂措施等方面的研究具有重要的理論及應(yīng)用價值。

本文采用的低成本新型保溫承重混凝土砌塊是混凝土小型空心砌塊的一種，作為普通粘土磚的最重要替代品，混凝土小型空心砌塊具有生產(chǎn)成本低、降低土地使用量、能利用工業(yè)廢渣變廢為寶等長處，并且混凝土小型空心砌塊充分克服了粘土磚拉伸，剪切強度較低的不足，擁有明顯的社會及經(jīng)濟效益。

2 試驗設(shè)計

2.1 試件設(shè)計

砌塊為內(nèi)墻400 mm×190 mm×200 mm、外墻400 mm×260 mm×200 mm。詳細尺寸如圖1所示。

試驗共制作了2片內(nèi)墻和1片外墻。內(nèi)墻1試件的尺寸為1 450 mm×1 200 mm，高寬比為0.83；內(nèi)墻2試件的尺寸為1 450 mm×1 800 mm，高寬比為1.24；外墻試件的尺寸為1 450 mm×1 800 mm，高寬比為1.24。墻體試件具體尺寸見圖2。

墻體的兩邊均設(shè)置截面尺寸為150 mm×120 mm、內(nèi)配1φ12鋼筋的灌孔芯柱。墻頂設(shè)置截面尺寸為200 mm×墻寬的圈梁，縱筋為4φ12，箍筋采用φ6@200。圈梁和芯柱采用標(biāo)號為Cb20灌孔混凝土澆筑。砌筑墻體采用M10.0專用的薄層砂漿[1]。本試驗配制灌孔混凝土等級為Cb20，砌塊的目標(biāo)強度等級為MU10.0[2]。

2.2 加載方案

通過電液伺服加載系統(tǒng)進行墻體水平荷載的施加，墻體在開裂前采用荷載控制，墻體在開裂后采用位移控制[3]。正式加載之前，為檢查試驗試件、裝置及測量儀器是否正常工作，先施加5 kN水平力，然后卸載至零從而準(zhǔn)備正式加載。

2.3 試驗結(jié)果

2.3.1 試件加載全過程與破壞形態(tài)

1)Q1n-V。

墻體在加載初期基本處于彈性階段，滯回曲線為直線發(fā)展。加載至50 kN，墻體仍然未開裂，此后按加載至50 kN對應(yīng)的位移0.5 mm為級數(shù)加載。直至加載至1.0 mm，墻體后面倒數(shù)第三階到第五階右側(cè)灰縫部位出現(xiàn)裂縫，與之對應(yīng)的墻體前面也出現(xiàn)了裂縫，兩條裂縫幾乎吻合。加載至7 mm，原有的裂縫繼續(xù)擴大，并且出現(xiàn)沿灰縫的新裂縫，墻體開始出現(xiàn)剝落的現(xiàn)象。直至加載至10 mm，整片墻出現(xiàn)多條裂縫，形成多條貫穿整片墻體的長裂縫。實驗完成時，墻體的裂縫大體成沿灰縫的X形分布。

2)Q2n-V。

墻體在加載初期基本處于彈性階段，水平位移很小，力位移曲線為直線發(fā)展。加載至30 kN，墻體后面砌塊的中間部位開始出現(xiàn)細微裂縫。然后以初裂荷載30 kN所對應(yīng)的位移量0.5 mm為級數(shù)加載。加載至1 mm，墻體后面倒數(shù)第三階至第七階右側(cè)砌塊中間部位出現(xiàn)兩條裂縫，原有初始裂縫繼續(xù)向墻上下擴展并貫穿整個墻體。加載至7 mm，陸續(xù)出現(xiàn)多條裂縫，但未貫穿，墻體開始剝落。加載至10 mm，出現(xiàn)多條貫穿整片墻體的長裂縫。直至加載至15 mm時，墻體的裂縫為大體成X形分布且沿灰縫。

3)Q1w-V。

墻體在加載初期基本處于彈性階段，水平位移很小，力位移曲線為直線發(fā)展。加載至1.4 mm，墻體第二階外側(cè)灰縫部位出現(xiàn)裂縫，此后，為方便儀器操作，以1.5 mm為級數(shù)加載。加載至9.0 mm，原有裂縫繼續(xù)向墻中心擴大，并且陸續(xù)出現(xiàn)沿灰縫的新裂縫。加載至10.5 mm，整片墻體開始有多條新的裂縫出現(xiàn)，尚未貫穿。直至加載至11.5 mm時，力降至極限承載力的85%后實驗完成。從滯回曲線看，雖然拐點明顯，但是每級加載位移，所對應(yīng)的最大荷載變化不大。墻體的粗裂縫大體沿著灰縫呈現(xiàn)X形狀分布，但是也有小部分細裂縫是沿著砌塊剪切破壞方向發(fā)展的。墻體試件裂縫分布形態(tài)見圖3。

2.3.2 試驗結(jié)果及分析

各個試件水平低周反復(fù)荷載試驗的主要結(jié)果見表1。

表1 墻體低周反復(fù)荷載試驗主要結(jié)果

由表1可見，相較于Q2n-V墻體，高寬比較小的Q1n-V墻體開裂荷載提高了54.6%。

2.3.3 滯回曲線

各墻體在各級荷載作用下的滯回曲線如圖4所示，通過重點分析對比墻體Q1n-V和墻體Q2n-V可以得出：高寬比對試件滯回曲線的影響較大，當(dāng)高寬比大于1時，墻體破壞形式為彎曲破壞，滯回環(huán)面積較高寬比小于1的墻體大，耗能能力好[4]。

2.3.4 骨架曲線

各片墻體的骨架曲線如圖5所示。從墻體的骨架曲線可以看出，在彈性階段，墻體Q1n-V相對于墻體Q2n-V，墻體的抗側(cè)移能力明顯提高，約提高了30%。在彈塑性階段，Q2n-V承載力上升較平緩，骨架曲線向位移軸傾斜較快，較Q1n-V更快進入塑性變形階段。在達到極限荷載后，墻體Q2n-V還擁有一些承載能力以及變形能力，墻體Q1n-V則承載力迅速下降，表明Q2n-V的芯柱對提升墻體的抗震能力比Q1n-V更加明顯。相對于墻體Q2n-V，墻體Q1n-V的骨架曲線下降段較陡，表明破壞時，墻體Q1n-V脆性破壞較明顯，為剪切破壞。同時，對2片墻體的骨架曲線比較得出：由于Q1n-V墻體的高寬比小于Q2n-V墻體，Q1n-V墻體的開裂荷載和極限荷載均大于Q2n-V墻體，墻體Q2n-V的開裂位移大于墻體Q1n-V。

2.3.5 剛度退化

各墻體的退化曲線見圖6。

對比剛度退化曲線可以得出：

加載初期，墻體試件剛度變化小。試件Q1n-V和試件Q2n-V的剛度退化曲線基本相似，由于高寬比的原因，初期剛度試件Q1n-V大于試件Q2n-V，退化速度試件Q1n-V大于試件Q2n-V。

墻體Q1w-V，Q2n-V的剛度退化曲線大體相似，墻體Q1w-V初期的剛度是大于Q2n-V的，說明外墻保溫部分在此階段對墻體Q1w-V的剛度有提升作用。墻體開裂后，墻體Q1w-V的剛度迅速下降，并與Q2n-V此后的剛度退化曲線大體保持一致，說明外墻保溫部分在開裂后對墻體的剛度不起作用。

2.3.6 延性

采用“通用屈服彎矩法”用來表達屈服位移。墻體延性系數(shù)見表2。

表2 墻體的延性系數(shù)

試件的極限延性系數(shù)：Q1n-V小于Q2n-V，高寬比小的墻片的延性較??；破壞延性系數(shù)：Q1n-V和Q2n-V相同，高寬比在墻體的破壞階段影響并不大。試件的極限和破壞延性系數(shù)Q2n-V均大于Q1w-V。

2.3.7 耗能能力

試件的耗能能力結(jié)果見表3。

表3 等效粘滯阻尼比系數(shù) %

試件Q2n-V的變形能高于墻體Q1n-V，說明高寬比大的墻體耗能能力強于高寬比較小的墻體。Q2n-V發(fā)生的彎曲破壞，能更好的耗散墻體的剪力，Q1n-V發(fā)生的是剪切破壞。在各個階段的變形能Q1w-V均小于Q2n-V，外墻保溫部分對墻體的耗能能力有削弱作用。

3 結(jié)語

1)墻體開裂出現(xiàn)一道貫穿墻體的斜裂縫，沿灰縫的階梯破壞現(xiàn)象不明顯是因為少數(shù)砌塊強度偏低。墻體試件的破壞形態(tài)受高寬比的影響。2)開裂荷載和極限荷載受高寬比影響：高寬比較小的墻體試件，開裂荷載和極限荷載較大，但破壞延性相對較差，墻體呈一定的脆性，裂縫的發(fā)展相對較慢。3)不同高寬比的墻體試件的剛度退化趨勢相似，初始剛度均較大，開裂后，高寬比較小的墻體，破壞后剛度退化較為迅速。4)隨著變形增加，墻體變形能和等效粘滯阻尼比系數(shù)也增加。外墻保溫部分對墻體的耗能能力和延性均不利。

[1] GB/T 4111—1997,混凝土小型空心砌塊試驗方法[S].

[2] GB/T 50129—2011,砌體基本力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] 盧文勝,李 斌,曹文清,等.結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載試驗方法淺談[J].結(jié)構(gòu)工程師,2011(S1):15-21.

[4] 趙春香.砌體墻片抗震性能研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2007.

Experimental study on seismic performance of concrete block wall bearing new insulation★

Sun Li1Wang Jian1Wen Jiabin1Zhang Guangming1Sun Weimin2

(1.Jiangsu Vocational College of Agriculture and Forestry, Jurong 212400, China; 2.College of Civil Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009, China)

Low cyclic loading tests were carried out on three different high aspect ratio composite insulation board energy-saving wall. The loading process， failure mechanism of the insulation wall under low cyclic loading test were studied. The seismic behavior such as hysteretic characteristics， skeleton curve， ductility， energy dissipation capacity， stiffness degradation and mechanical properties were analyzed too. The results indicate that the seismic behavior of the composite insulation wall is good. The study results can provide reference for the engineering application of the new composite thermal insulation block wall.

composite insulation block, low cyclic loading test, seismic behavior, building energy consumption

1009-6825(2017)16-0036-03

2017-03-27★：江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技項目(2017kj19);江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練指導(dǎo)項目(201713103022X)；江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項目

王 劍(1986- )，男，講師，國家注冊結(jié)構(gòu)工程師

TU375.6

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