苗欣蔚,黃 煒,張 敏,羅 斌,凌 柯

(1．西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055；2. 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué) 管理科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050061)

砌體結(jié)構(gòu)由于其造價(jià)低、砌筑快、取材方便等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用各類地區(qū)，在人類歷史上有著不可替代的位置[1-3].新型現(xiàn)砌加強(qiáng)肋生態(tài)復(fù)合墻結(jié)構(gòu)是基于傳統(tǒng)生態(tài)復(fù)合墻結(jié)構(gòu)[4-5]與配筋砌體結(jié)構(gòu)[6]提出的一種新材料、新形式的結(jié)構(gòu)體系.其中，U型槽砌塊加強(qiáng)肋復(fù)合墻體主要由新材料(淤泥制陶粒)混凝土砌塊砌筑，容重與傳統(tǒng)材料相比降低約40%[7]；墻體加強(qiáng)肋部位采用新形式的開槽“U”形砌塊(如圖1所示)，墻體由新配比的陶粒粉煤灰發(fā)泡混凝土砌塊砌筑，容重輕且墻體肋梁部位采用開槽空心砌塊，免去了支模的工序，提升了施工速度.

圖1 U型槽砌塊示意圖Fig.1 Schematic diagram of U-block

郭樟根[8]對(duì)4榀構(gòu)造柱-圈梁體系的混凝土砌塊砌體墻試件進(jìn)行了靜力加載試驗(yàn)，研究表明：按照普通混凝土砌塊承重結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求， 可以實(shí)現(xiàn)再生混凝土砌塊承重結(jié)構(gòu)與普通混凝土砌塊相同的抗震性能；文獻(xiàn)[9]進(jìn)行 3片不同構(gòu)造形式的 RC-加氣混凝土砌塊墻的水平低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，結(jié)果表明：通過合理構(gòu)造措施將鋼筋混凝土與加氣混凝土砌塊結(jié)合在一起形成的組合承重墻，具有較好的抗震性能；熊立紅[10]通過5組試件的低周反復(fù)加載試驗(yàn)，得出了不同纖維片材粘貼方式復(fù)合墻片的抗震性能指標(biāo)，結(jié)果表明：復(fù)合墻片比原墻片具有更高的受剪承載力、延性和耗能能力.

本文通過2個(gè)墻體試件的抗震性能試驗(yàn)，研究淤泥質(zhì)陶粒發(fā)泡混凝土砌塊砌筑帶加強(qiáng)肋復(fù)合墻體的受力性能及加強(qiáng)肋數(shù)量對(duì)墻體抗震性能參數(shù)的影響.

1 試驗(yàn)

1.1 試件設(shè)計(jì)與制作

本次試驗(yàn)共兩個(gè)試件模型，均采用淤泥質(zhì)陶粒發(fā)泡混凝土砌塊砌筑，使用陶粒粉煤灰發(fā)泡混凝土砌塊砌筑，墻體兩側(cè)現(xiàn)澆構(gòu)造柱，墻體砌筑完成后頂部現(xiàn)澆頂梁[12]，頂梁兼做加載梁，其中：W-1設(shè)置一道加強(qiáng)肋，W-2設(shè)置兩道加強(qiáng)肋.試件尺寸及配筋詳細(xì)信息見表1.

表1 試件尺寸及配筋

試件模型由淤泥制陶粒發(fā)泡混凝土砌塊砌筑而成，兩側(cè)設(shè)置構(gòu)造柱同頂梁用混凝土澆筑.砌塊有兩種規(guī)格：①為實(shí)心砌塊；②為U型槽砌塊，墻體砌筑步驟如下圖所示.

圖2 試件制作Fig.2 Specimen production

1.2 材料的物理、力學(xué)性能

試件構(gòu)造柱、頂梁、加強(qiáng)肋混凝土均試用C30，其砌筑砌塊采用陶粒粉煤灰發(fā)泡混凝土砌塊，其各種材料基本力學(xué)性能指標(biāo)如下表所示.

表2 混凝土基本物理、力學(xué)性能

表3 淤泥制陶粒發(fā)泡混凝土砌塊基本物理、力學(xué)性能

表4 鋼筋力學(xué)性能

1.3 試驗(yàn)方法與加載制度

豎向恒載120 kN，先進(jìn)性預(yù)加載待檢查測(cè)量裝置正常后正式加載，通過分配量均勻分布于墻頂部圈梁，水平向通過作動(dòng)器施加低周反復(fù)荷載；屈服前采用力控制，以10 kN為增量，每級(jí)循環(huán)一次，屈服后改用位移控制，以3 mm為增量，每級(jí)循環(huán)3次，直至承載力降為峰值荷載的0.85倍，視為墻體破壞，試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)束.

1.4 測(cè)點(diǎn)布置

主要測(cè)試內(nèi)容為：各層水平側(cè)移，連接柱、加強(qiáng)肋的鋼筋應(yīng)變.鋼筋測(cè)點(diǎn)及墻體位移測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示.

圖3 試件測(cè)點(diǎn)布置Fig.3 Layout of test points

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 墻體破壞形態(tài)

表5 試件破壞過程及破壞形態(tài)

W-1與W-2最終的破壞形態(tài)如圖4所示.

圖4 墻體破壞照片F(xiàn)ig.4 Wall damage

2.2 構(gòu)造柱鋼筋應(yīng)變分析

為便于分析鋼筋應(yīng)變變化趨勢(shì)，本文取同一個(gè)方向水平荷載作用下的鋼筋應(yīng)變進(jìn)行分析.

試件構(gòu)造柱表現(xiàn)為連接柱一側(cè)鋼筋受拉，另一側(cè)鋼筋受壓，大致對(duì)稱分布；在達(dá)到墻體開裂荷載前，連接柱鋼筋應(yīng)力應(yīng)變曲線隨荷載的增減大致呈線性變化；隨著水平荷載的提升，構(gòu)造柱內(nèi)鋼筋從屈服直至達(dá)到極限拉應(yīng)變.

2.3 加強(qiáng)肋鋼筋應(yīng)變分析

由圖5所示，試件開裂前，加強(qiáng)肋處鋼筋應(yīng)變很?。缓奢d繼續(xù)增大，當(dāng)達(dá)到墻體開裂荷載后，裂縫延伸至加強(qiáng)肋內(nèi)，鋼筋應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)明顯；后期由位移控制時(shí)隨著每一級(jí)位移增大，肋梁鋼筋被拉斷.

圖5 構(gòu)造柱鋼筋應(yīng)變圖Fig.5 Strain diagram of steel bar in structure column

圖6 加強(qiáng)肋鋼筋應(yīng)變圖Fig.6 Strengthening the strain diagram of ribbed steel bar

3 墻體抗震性能對(duì)比分析

3.1 滯回曲線

圖7 W-1和W-2滯回曲線Fig.7 W-1 and W-2 hysteresis curves

由圖7可以看出：

(1)試件有明顯的捏攏現(xiàn)象由砌體的滑移引起，試件為剪切變形.(2)試件開裂前，滯回曲線基本呈直線變化，剛度退化和殘余變形現(xiàn)象不明顯；屈服前，整體剛度變化小，耗能較??；W-2滯回曲線顯示出較明顯的弓形，滯回環(huán)較為飽滿，墻體耗能能力較W-1明顯提高.(3)W-2的滯回曲線更飽滿，其耗能性能更佳，是由于設(shè)置了兩道水平配筋，增加了水平向鋼筋傳遞墻體所受的剪力，分擔(dān)了砌體及灰縫的剪應(yīng)力，表明了設(shè)置雙肋梁的墻體受力性能優(yōu)于單肋梁；W-2的峰值荷載較W-1提升了17%.(4)W-2較 W-1 飽滿，由此可見，不同加強(qiáng)肋設(shè)置對(duì)復(fù)合墻體抗震性能的影響較為明顯，雙加強(qiáng)肋墻體的抗震性能較W-1有明顯提高.

3.2 骨架曲線

W-1和W-2骨架曲線趨勢(shì)相似，均經(jīng)歷了彈性、彈塑性和破壞階段；試件屈服后骨架曲線表現(xiàn)平緩，表現(xiàn)了墻體承載力的下降較慢；W-2的極限荷載較W-1提高約17.5%，證明試件設(shè)置雙加強(qiáng)肋相比單加強(qiáng)肋對(duì)墻體承載力有較大的增強(qiáng).

圖8 試件W-1與W-2骨架曲線對(duì)比Fig.8 Comparison of W-1 with W-2 skeleton curves

3.3 特征荷載及特征位移

由表6可得：

(1)W-2墻體的開裂荷載外各個(gè)階段荷載值均大于W-1；

(2)雙加強(qiáng)肋的布置能更好的限制砌塊裂縫開展，增強(qiáng)墻體的承載力；

(3)單加強(qiáng)肋試件的剪切滑移現(xiàn)象明顯，極限屈服位移角大于雙加強(qiáng)肋試件.

表6 試驗(yàn)結(jié)果

3.4 變形曲線

在豎向荷載和水平荷載共同作用下，墻體側(cè)向變形曲線如圖9所示.

圖9 墻體變形圖Fig.9 Wall deformation

由圖9可知：

W-1墻體與W-2墻體側(cè)向變形基本關(guān)于Y對(duì)稱；墻板破壞時(shí)，W-1墻體頂部位移達(dá)到23 mm，極限轉(zhuǎn)角達(dá)到1/70，W-2墻體頂部位移達(dá)到17 mm，極限轉(zhuǎn)角達(dá)到1/95；兩榀墻體在試驗(yàn)后期未出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象.

3.5 剛度退化

圖10 試件剛度退化圖Fig.10 Stiffness degradation of specimen

由圖10可以看出，二者的剛度退化曲線較接近，試驗(yàn)初期單肋梁墻體退化速率略快于雙肋梁墻體，證明其初始剛度低于雙肋梁墻體，可見肋梁的增加明顯提升了墻體剛度[16].

3.6 耗能能力

由表7可以看出，在整個(gè)加載過程中，墻體的等效粘滯阻尼系數(shù)不斷增大，反映了構(gòu)件損傷的累積；墻體W-2耗能能力較W-1強(qiáng).

表7 W-1與W-2墻體的等效粘滯阻尼系數(shù)

4 結(jié)論

(1)在低周反復(fù)荷載作用下，兩榀淤泥質(zhì)陶粒發(fā)泡混凝土砌塊加強(qiáng)肋復(fù)合墻體較明顯地經(jīng)歷了彈性、彈塑性和破壞三個(gè)階段，試件破壞形式為剪切型破壞，屬于合理的破壞機(jī)制.

(2)肋梁能夠?qū)ζ鰤K形成有效約束，限制砌塊的裂縫延伸和發(fā)展；雙肋梁墻體在承載力、剛度和耗能等抗震性能指標(biāo)較設(shè)置單肋梁墻體均有不同程度的提高，而延性略低于單肋梁復(fù)合墻體；兩試件在整個(gè)試驗(yàn)過程中均未出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象，即設(shè)置肋梁復(fù)合墻體具有較好抗倒塌能力.

(3)試件W-2的各項(xiàng)抗震性能指標(biāo)較W-1均有不同程度的提升，而延性略低于單加強(qiáng)肋復(fù)合墻體；兩試件在整個(gè)試驗(yàn)過程中均未出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象，即設(shè)置加強(qiáng)肋復(fù)合墻體具有較好抗倒塌能力.

(4)設(shè)置加強(qiáng)肋的淤泥質(zhì)陶粒發(fā)泡混凝土砌塊復(fù)合墻體具有較好的抗震性能，為今后復(fù)合墻的工程應(yīng)用及進(jìn)一步研究提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)與參考.

U型槽砌塊加強(qiáng)肋復(fù)合墻體是基于傳統(tǒng)生態(tài)復(fù)合墻結(jié)構(gòu)與配筋砌體結(jié)構(gòu)提出的一種新材料、新形式的結(jié)構(gòu)體系，本文對(duì)兩榀標(biāo)準(zhǔn)尺寸的墻體進(jìn)行了抗震性能的初步探討，有一些其他影響因素并未考慮，如高寬比變化、墻體開門洞窗洞等.在下一步研究中，將逐步完善不同影響參數(shù)墻體的受力性能試驗(yàn)，給出墻體受剪承載力一般公式.