加氣混凝土砌體的抗震性能的研究

加氣混凝土砌體對(duì)混凝土框架的抗震性能的研究李英鑫中南大學(xué)土木工程學(xué)院摘要：加氣混凝土不以粘土為原料,是一種很有發(fā)展前途的新型建筑材料，其承重砌塊住宅結(jié)構(gòu)體系是一種很有發(fā)展前途的承重結(jié)構(gòu)體系。本文通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)研究分析墻體的是否開洞以及開洞大小、不同高寬比和豎向壓應(yīng)力對(duì)墻體破壞形態(tài)和抗震性能的影響。具體分析了加氣混凝土砌體充當(dāng)不同的組合結(jié)構(gòu)的抗震性能。分析結(jié)果表明,雖然加氣混凝土砌塊的強(qiáng)度比較低,抗剪強(qiáng)度略小,但該種墻體的延性較好,可以用于低層住宅結(jié)構(gòu)體系的承重墻體，同時(shí)構(gòu)造柱和系梁限制砌塊裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，砌快的脆性性質(zhì)得到改善，提高砌快的力學(xué)性能；通過(guò)合理的構(gòu)造措施使加氣混凝土砌塊組合結(jié)構(gòu)的抗震性能得到提高。關(guān)鍵詞：加氣混凝土砌體砌塊抗震性能填充墻混凝土框架加氣混凝土砌塊輕質(zhì)、節(jié)能、保溫、造價(jià)低等特點(diǎn)，作為一種代替粘土磚的墻體材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑的填墻、維護(hù)墻和隔墻中。而研究表表明，周邊剛性連接的砌體填充墻與框架結(jié)構(gòu)相互作用，對(duì)結(jié)構(gòu)整體抗震想能產(chǎn)生不可忽略的影響；而柔性連接，即通過(guò)在填充墻與框架柱之間設(shè)置足夠?qū)挾鹊目p槽，隔離兩者間的相互作用，或在填充墻中設(shè)置多條具有一定寬度的豎向縫槽，減弱填充墻的約束效應(yīng)，也同樣對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能有影響。為了在我們建筑結(jié)構(gòu)中更好的應(yīng)用加氣混凝土砌體，我們有必要對(duì)其抗震性能進(jìn)行研究。1加氣混凝土砌快抗震性能影響因素加氣混凝土的抗震性能的影響因素有很多。比如是否開洞以及開洞大小、砌體的高寬比、豎向應(yīng)壓力、墻體與框架連接的構(gòu)造等。我們這里就主要研究是否開洞以及開洞大小、砌體的高寬比、豎向壓應(yīng)力、墻體與框架連接這四種要素對(duì)加氣混凝土砌塊抗震性能的影響。1.1加氣混凝土砌塊是否開洞及其開洞大小對(duì)其抗震性能的影響經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，不開洞的砌體墻體在加載荷載到其破壞的過(guò)程中其抗震性能跟平?；炷翗?gòu)件提高一定的你的程度。開動(dòng)的砌體構(gòu)件的抗震性能會(huì)有所降低。開洞尺寸下的墻體在加載初期試件均處于彈性階段;各墻體隨洞口水平尺寸的增加，極限承載力降低，開洞各墻體雖洞口尺寸不同，但各曲線下降段都較平緩，墻體延性較好，這是因?yàn)槎纯趦蓚?cè)芯柱和墻的兩個(gè)端點(diǎn)的芯柱對(duì)洞的墻體有了有效的約束作用，但是開洞的水平尺寸對(duì)墻體的極限荷載和相應(yīng)的變形會(huì)產(chǎn)生影響。隨著開洞面積的增大，墻體的極限承載能力下降，但降低程度不與墻體的截面積減小程度全成正比，而是比面積減小程度多一些。還有隨洞口水平尺寸的改變，對(duì)其達(dá)到極限承載力時(shí)所相應(yīng)位移也有所改變，但其改變程度比承載力的改變小得多。1.2砌體的高寬比對(duì)其抗震性能的影響我們都知道，混凝土墻體不同的高寬比對(duì)其的抗震性能有很大的影響。同樣，加氣混凝土砌體的高寬比對(duì)其抗震性能也有很大的影響。當(dāng)研究砌體采取不同的的高寬比時(shí)，結(jié)構(gòu)在地震的作用下，結(jié)構(gòu)層間的最大剪力、各層的最大相對(duì)位移跟各層的最大加速度都會(huì)不同，隨著高寬比的適當(dāng)加大，以上的指標(biāo)參量會(huì)有均勻性的減低，高寬比在2.28時(shí)結(jié)構(gòu)的地震作用影響最小。但高寬比超過(guò)4.56，其對(duì)加氣混凝土砌體的抗震性能改善不大。1.3豎向應(yīng)壓力對(duì)其抗震性能的影響墻體的豎向壓應(yīng)力是影響砌體墻的抗震性能的重要因素。在對(duì)砌體施加荷載的初期，不同豎向壓力的砌體墻體位移荷載曲線—基本是呈直線關(guān)系，但墻體出現(xiàn)裂縫后，曲線呈非線性上升，不同豎向壓應(yīng)力的切題極限承載力差別較大，到達(dá)極限承載力所對(duì)應(yīng)的位移也有何大的不同；到達(dá)極限承載力后，豎向壓力大的曲線下降最快，隨后不同壓力的曲線下降程度緩慢，接近直線達(dá)到穩(wěn)定，而且差距變?。蝗绻孟陆档綐O限豎向壓應(yīng)力的百分之85作為破壞荷載，壓力大的砌體變形能力較小一些。而且隨著豎向壓應(yīng)力增大墻體承載力的提高幅度增大．而出現(xiàn)極限荷載時(shí)所對(duì)應(yīng)的位移也有所增大，且兩者的提高程度相近。從而可知，豎向應(yīng)壓力的加大會(huì)相應(yīng)減弱結(jié)構(gòu)的抗震性能1.4砌體墻體與框架連接的構(gòu)造對(duì)其抗震性能的影響加氣混凝土砌體填充墻結(jié)構(gòu)的剛度比一般的純框架結(jié)構(gòu)的剛度要高得多。研究發(fā)現(xiàn)，砌體填充墻的存在加大了結(jié)構(gòu)的框架的承載力水平。提高幅度與墻體跟框架的連接方式、砌體墻體本身的抗震構(gòu)造措施有很大的關(guān)系。1.4.1與純框架相比，普通的填充墻框架試件的屈服、峰值、極限荷載分別提高了114%～159%、113%～156%、85%～123%;而采用柔性連接的填充墻框架試件屈服、峰值、極限荷載分別提高了53%～67%、74%～91%、65%～87%;采用與柱脫開構(gòu)造的填充墻框架試件屈服、峰值、極限荷載分別提高了31%-55%、51%-69%、45%-61%。1.4.2跟普通的填充墻框架相比，采用柔性連接砌體填充墻的屈服荷載、峰值荷載和極限荷載將會(huì)分別降低22%-41%。10%-32%、2%-26%；而采用與柱脫開構(gòu)造的填充墻框架的屈服荷載、峰值荷載和極限荷載分別降低了27%-50%、21%-41%、13%-35%。因而我們可以得知，加氣混凝土砌體填充墻框架采用與柱開脫構(gòu)造或柔性連接會(huì)明顯降低填充墻對(duì)框架水平承載力的影響。1.4.3對(duì)于采用柔性連接的填充墻框架，水平帶的增設(shè)可小幅提高試件的承載,力，但提高幅度遠(yuǎn)低于普通構(gòu)造的填充墻框架，墻體與框架之間采用拉結(jié)筋比采用L形鐵件連接更為有效。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)在墻體中部設(shè)置水平系梁比在頂部設(shè)置壓頂梁對(duì)構(gòu)件的承載力提高效果更好。2加氣混凝土砌體置換加固受損復(fù)合墻2.1利用砌塊置換加固受損密肋結(jié)構(gòu)密肋復(fù)合墻是由截面及配筋較小的鋼筋混凝土框格，內(nèi)嵌以具有一定強(qiáng)度的輕質(zhì)砌體框架組合而成，一方面砌塊受到肋梁肋柱所組成框格的約束，另一方面砌塊對(duì)框格提供支撐，兩者相互約束，共同受力。內(nèi)部填充砌塊是復(fù)合墻體的第一道抗震防線，在小震下發(fā)揮主要抗震作用，在中震及大震下通過(guò)自身的破壞消耗地震能量，減小了主體框格單元及外框架的損傷程度，墻體遵循先砌塊后框格與外框的延性破壞順序。同時(shí)，內(nèi)填砌塊不承擔(dān)豎向荷載，僅通過(guò)側(cè)向約束肋柱間接提高了肋柱豎向承載力，破壞階段復(fù)合墻內(nèi)部砌塊脫落或與框架脫開，墻體退化成為梁鉸框架。針對(duì)密肋復(fù)合墻構(gòu)造特點(diǎn)與破壞特點(diǎn)，提出采用加氣混凝土砌塊或其它滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的輕質(zhì)砌塊置換加固受損復(fù)合墻的加固方法，即當(dāng)?shù)卣鹱饔靡鹈芾邚?fù)合墻結(jié)構(gòu)中內(nèi)填砌塊破壞較重而混凝土框格破壞較輕時(shí)(結(jié)構(gòu)承受中震作用)，通過(guò)更換破碎填充砌塊的方式恢復(fù)密肋復(fù)合墻的抗震性能，充分利用了墻體中砌塊作為第一道抗震防線的受力特點(diǎn)。2.2擬加固密肋復(fù)合墻的損傷狀況對(duì)于擬加固密肋復(fù)合墻原型試件的破壞試驗(yàn)，通過(guò)觀察試件層間位移、鋼筋應(yīng)變變化、宏觀破壞狀態(tài)等幾個(gè)方面綜合控制加載程度，以模擬密肋復(fù)合墻處于相當(dāng)于中震的損傷狀態(tài)。該榀密肋復(fù)合墻在層間位移達(dá)到14．2mm時(shí)停止加載，損傷狀況見圖2，觀察墻體可見，多數(shù)砌塊均形成貫通的受壓斜裂縫，砌塊表面少許顆粒脫落;肋梁端部大多出現(xiàn)受拉裂縫，肋柱基本完好;外框柱柱身下部、中部出現(xiàn)若干水平裂縫，下部個(gè)別裂縫貫通外框柱截面，正反方向加載停止前未發(fā)現(xiàn)外框柱壓區(qū)混凝土的壓碎跡象;觀察應(yīng)變的即時(shí)數(shù)據(jù)可見，部分肋梁鋼筋、外框柱鋼筋接近或達(dá)到屈服階段。綜合判斷該墻體達(dá)到中震的損傷狀態(tài)。2.3受損復(fù)合墻加固后抗震性能分析加固后的砌體構(gòu)件的最終破壞狀態(tài)跟標(biāo)準(zhǔn)的砌體構(gòu)件相比有些差別，其表現(xiàn)為外部框架的裂縫較多而砌塊破壞程度比較輕，外框架的抗裂能力大大降低；加固后的結(jié)構(gòu)承載力與標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件基本相同，抗剪承載能力也有所提高；加固后的砌體組合結(jié)構(gòu)的剛度大幅提升，但在荷載作用下剛度退化速度較快，同時(shí)加固后的結(jié)構(gòu)延性有所提高能滿足基本的抗震要求。

3總結(jié)本次通過(guò)對(duì)加氣混凝土的抗震性能研究得出了以下結(jié)論；1：加氣混凝土砌體可以很大程度提高混凝土框架的承載力。2：跟普通的砌體填充墻相比，填充墻跟框架采用柔性構(gòu)件連接或與柱脫開構(gòu)造連接將會(huì)降低加氣混凝土砌體填充墻催框架的水平承載力，同時(shí)變形、剛度等也會(huì)降低。3：加氣混凝土砌體可應(yīng)用于置換加固受損復(fù)合墻，其能滿足正常的抗震等性能要求。參考文獻(xiàn)[1]李建輝,肖從真,李英等.足尺蒸壓加氣混凝土填充墻RC框架抗震性能試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào).2015,48(8)：13-18.G[2]梁建國(guó),張望喜,鄭勇強(qiáng).鋼筋混凝土-磚砌體組合抗震性能[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)2003(03)[3]張德光,尹子山,史風(fēng)利,梁振輝.加氣硂砌塊應(yīng)用中的若干問(wèn)題[J].青島建筑工程學(xué)院報(bào).2003（02）[4]B50003-2001.砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2002[5]田淑明.蒸壓加氣混凝土砌塊承重墻靜力和抗震性能的研究[D].天津大學(xué)2004[6]郭猛,袁泉,李鵬飛等.加氣混凝土砌塊置換加固受損密肋復(fù)合墻抗震性能試驗(yàn)研究[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)（工程科學(xué)版）.2011（43）:52-57.GB50003-2001.砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2002[7]蔣偉.新型輕質(zhì)混凝土承重砌體抗震性能試驗(yàn)研究[D].天津大學(xué)2006[8]許菂.蒸壓砂加氣混凝土砌塊在節(jié)能建筑工程外墻上的應(yīng)用研究[D].同濟(jì)大學(xué)2008[9]劉雪梅.蒸壓加氣混凝土承重砌體力學(xué)性能試驗(yàn)研究[D].天津大學(xué)2005[10]陳曉祥.高層框架—剪力墻結(jié)構(gòu)基于性能的抗震研究[D].天津大學(xué)2010[11]張杰.HYPERLINK"/kcms/detail/detail.aspx?filename=1014362005.nh&dbcode=CMFD&dbname=C