秦朝剛++白國良++浮廣明

摘要：為研究設置水平拉結帶和構造柱圈梁對薄壁節(jié)能砌塊薄灰縫組合墻體抗震性能的影響，共設計了9片墻體試件，對比分析了有無構造措施的薄灰縫組合墻體的抗震性能，研究了豎向壓應力、洞口大小、洞口位置對墻體抗震性能的影響，并分析了其破壞機理。結果表明：設置水平拉結帶和構造柱圈梁后組合墻體整體性增加，各階段主要受力部位由上下區(qū)砌塊墻體轉變?yōu)槎瞬繕嬙熘?，因此破壞主要集中在該部分；設置水平拉結帶和構造柱圈梁的墻體抗震性能明顯優(yōu)于未設置該措施的墻體，承載力和變形能力均有較大幅度增加，滯回曲線飽滿，剛度退化緩慢并有一定殘余剛度，后期變形性能好；組合墻體洞口兩側破壞嚴重，洞口顯著削弱墻體的承載力。

關鍵詞：組合墻體；擬靜力試驗；抗震性能；破壞機理

中圖分類號：TU352文獻標志碼：A

Experiment of Seismic Behavior of Thin Mortar Composite

Masonry Wall with Thin Shell Thermal BlockQIN Chaogang1， BAI Guoliang1， FU Guangming2

（1. School of Civil Engineering， Xian University of Architecture and Technology， Xian 710055， Shaanxi， China；

2. Xian Research & Design Institute of Wall & Roof Materials， Xian 710061， Shaanxi， China）Abstract： In order to study the influence of setting horizontal binding bands and constructional columnbeam on seismic behavior of thin motor composite wall with thin shell thermal block， nine wall specimens were designed.The seismic behaviors of walls were compared with or without horizontal binding bands and constructional columnbeam， and the influences of vertical compressed stress， size of opening and position of opening on the seismic behavior of masonry walls， and the failure mechanism were analyzed. The results show that the integral performance of the wall is increased through setting horizontal binding bands and constructional columnbeam. The bearing capacity changes from up and down parts of walls to the constructional column， so serious damage is concentrated in the constructional column. The seismic behavior of walls with horizontal binding bands and constructional columnbeam is obviously better than that without the construction， and the bearing capacity and deformation performance are increased， the hysteresis loops are plump， the stiffness degradation is slow and has residual stiffness， and the later deformation performance is good. The both sides of opening of composite masonry wall are seriously damaged， so the bearing capacity is weakened by opening.

Key words： composite masonry wall； pseudostatic test； seismic behavior； failure mechanism

0引言

建筑能耗大一直是社會綠色發(fā)展的一個制約因素，在行業(yè)中展開的各種改革創(chuàng)新措施一直都在改變著原有的行業(yè)面貌。在墻體材料改革中，將墻體建筑功能需要與結構性能結合，形成自保溫砌塊，包括混凝土砌塊[12]和頁巖類砌塊[34]等。研發(fā)生產的新型節(jié)能砌塊通過矩形孔密集排列延長室內外空氣對流的路徑，其熱工性能良好，顯著改善了外墻的保溫隔熱性能，實現(xiàn)了墻體自保溫，但是高孔洞率及薄孔壁增強了砌塊本身的脆性特征[56]。通過砌塊砌體基本力學性能試驗研究可以看出，隨著外壁的崩落，砌塊及砌體基本喪失了承載力。因其特殊砌筑工藝，不能在墻體內部配置水平和豎向鋼筋來提高其承載力和變形性能[79]。為改善砌塊薄灰縫墻體抗震性能，同時不影響墻體的保溫隔熱效果，拉結帶外貼WDF砌塊[1011]形成了一種頁巖燒結保溫空心砌塊墻體保溫現(xiàn)澆帶[12]。水平鋼筋混凝土現(xiàn)澆帶與構造柱圈梁組成新的抗震構造，形成節(jié)能砌塊薄灰縫組合墻體，改變其破壞形態(tài)和性能。中國現(xiàn)行規(guī)范[1314]均涉及高孔洞率（孔洞率達50%以上）砌塊及其墻體的計算及抗震構造措施，本文將通過擬靜力試驗研究薄壁節(jié)能砌塊薄灰縫組合墻體的抗震性能，并對其設計提出建議。

1試件設計與加載

1.1鋼筋混凝土拉結帶和構造柱圈梁設計

為提高砌體結構抵抗水平荷載能力，增強其承載力和變形性能，通常在灰縫內設置構造鋼筋，形成約束砌體或配筋砌體，或者在墻體端部設置構造柱形成組合墻體[1519]。節(jié)能砌塊薄灰縫砌體有其特殊的砌筑工藝：側面通過砌塊外壁凸肋互鎖頂緊形成干砌豎縫，為降低水平灰縫熱橋效應使用專用干粉砂漿形成1～2 mm的薄灰縫，設計了鋼筋混凝土水平拉結帶，如圖1所示。水平拉結帶可用于該類型砌塊的薄灰縫砌體墻或框架填充墻，與端部豎向構件（構造柱或框架柱）一起提高薄灰縫墻體的整體性能。構造柱、圈梁和

型號6@200/1006@2006@300幾何尺寸200 mm×365 mm300 mm×365 mm50 mm×365 mm水平拉結帶和構造柱圈梁混凝土強度等級均為C20，實測立方體抗壓強度分別為22.5，26.7 MPa；鋼筋力學性能見表2。本次試驗中，混凝土構件均為現(xiàn)場澆筑?？紤]實際工程中砌塊砌體施工速度較快，水平拉結帶可在工廠預制，現(xiàn)場安裝。

新型砌塊墻體形成組合墻體的措施類型多樣[2021]，為探討水平拉結帶和構造柱圈梁對節(jié)能砌塊薄灰縫組合墻體抗震性能影響，本文試驗設計了9片墻體TMW1～TMW9，分為3組，每組3個試件。第1組試件為無構造措施的薄灰縫墻體，軸壓比分別為0.1，0.3和0.5；第2組試件與第1組試件相比，除構造柱圈梁外，沿墻體高度每隔3～4皮砌塊設置1條50 mm厚鋼筋混凝土水平拉結帶（50 mm厚是為了墻體層高滿足建筑模數需要），共設計了2條水平拉結帶（圖2）；第3組試件在第2組試件基礎上設置了不同形式的洞口（窗洞和門洞）。試件設計參數見表3。本次試驗所用砌塊強度等級為MU10，專用砂漿強度為17.3 MPa。

1.3加載方案

全部試件通過擬靜力試驗測試，豎向千斤頂提供豎向壓力，水平荷載通過1 000 kN電液伺服系統(tǒng)在圈梁部位提供。試件采用荷載位移混合控制方式加載[22]，開裂前采用荷載控制，第1組試件荷載加載梯度為20 kN，第2組試件和第3組試件荷載加載梯度為50 kN，待試件開裂后，按位移控制加載，以各片墻體的開裂位移Δcr為加載梯度。試驗加載制度和加載裝置如圖3所示，其中，P為荷載，Δ為位移，Pcr為開裂荷載。

薄壁節(jié)能砌塊薄灰縫組合墻體在較大豎向荷載和水平荷載的共同作用下內部裂縫應為“X”型剪切裂縫（TMW2，TMW3）。隨著加載進行，第1組試件TMW2和TMW3墻體裂縫首先出現(xiàn)在墻體四角處，繼續(xù)加載時墻體頂部的水平灰縫沿階梯型模式向墻體中心發(fā)展，而底部裂縫的發(fā)展主要在砌塊上。最終墻體“X”型裂縫形式為：階梯狀水平灰縫形成“X”型裂縫上部，角部區(qū)域砌塊表面的裂縫群形成“X”型裂縫下部。TMW1由于豎向荷載小，在水平荷載作用下，墻體沿底部水平薄灰縫出現(xiàn)了整體滑移，上部墻體較完整。隨著豎向荷載增加，第1組試件裂縫形態(tài)從水平滑移轉變?yōu)榧羟行土芽p[圖5（a）～（c）]。

對于第2組試件TMW4，TMW5和TMW6，設置在薄壁節(jié)能砌塊薄灰縫組合墻體端部的構造柱和內部水平拉結帶將其分割為上中下3個區(qū)域，墻體的裂縫并非成典型的“X”型。在水平荷載和豎向荷載的共同作用下，裂縫自墻體的四角開始并延伸，主要出現(xiàn)在水平灰縫和砌塊表面，當上下角部的裂縫延伸至水平拉結帶后基本終止；隨墻體頂部水平位移增大，構造柱變形增加，其底部鋼筋應變增大，側面出現(xiàn)數條與水平灰縫平行的裂縫。墻體頂部出現(xiàn)往復變形，使變形性能較好的構造柱反復擠壓上區(qū)和下區(qū)的脆性砌塊，通過凸肋互鎖頂緊的砌塊之間相互擠壓，砌塊外壁在裂縫發(fā)展充分后崩落，其內壁表面裂縫發(fā)展充分。上下2條水平拉結帶阻止了墻體角部裂縫的延伸，避免墻體四角裂縫向墻體中部延伸交匯，嚴重破壞薄壁節(jié)能砌塊（薄壁節(jié)能砌塊外壁破壞后砌塊失去整體性，承載力迅速降低）。墻體上區(qū)和下區(qū)砌塊外壁崩落，使得水平荷載開始由構造柱承擔，其底部的裂縫逐漸變寬，鋼筋進入屈服階段，待墻體承載力降至極限荷載的85%時，墻體破壞。最終破壞時構造柱底部鋼筋屈服，墻體上區(qū)、下區(qū)砌塊破壞嚴重，隨著豎向荷載增加，角部少量裂縫穿過水平拉結帶，中區(qū)僅部分砌塊表面形成細微裂縫，基本完整。該體系保護了薄壁砌塊，且明顯增加了墻體的破壞位移（表4）。第2組試件各墻體的裂縫發(fā)展形態(tài)如圖5（d）～（f）所示。

3抗震性能分析

3.1承載力與耗能

加載過程中9片墻體特征點荷載（開裂荷載、極限荷載和破壞荷載）及相應的位移見表4。

第1組試件TMW1，TMW2，TMW3未加入水平拉結帶和構造柱圈梁，墻體的特征點荷載及對應的位移較小，且承載力超過極限荷載后，后期位移變形較小，迅速破壞，墻體延性較差。

第2組試件在墻體設計中加入水平拉結帶和構造柱圈梁后形成組合墻體，相同軸壓比下對應的墻體TMW4，TMW5和TMW6在各特征點的承載能力有了顯著的提高，增幅在50%以上，相應的位移值也增大。主要原因是隨著荷載增大，上區(qū)和下區(qū)砌塊產生水平滑移和擠壓，破壞嚴重，而水平拉結帶阻止了裂縫的發(fā)展，與中區(qū)砌塊一起承擔了豎向荷載，后期承載力主要由構造柱承擔，且墻體承載力超過極限荷載后其水平位移可繼續(xù)增加，變形能力顯著提高。水平拉結帶明顯改善了高孔洞率薄壁砌塊墻體的破壞特征。

水平拉結帶將砌塊薄灰縫墻體進行了區(qū)域劃分，墻體下區(qū)剛度較大，開洞試件洞口兩側墻體是影響其承載力和變形的主要因素。最終破壞形態(tài)顯示，窗間墻砌塊裂縫發(fā)展比較充分，砌塊破壞嚴重，其喪失承載力預示墻體整體破壞。TMW8和TMW9窗間墻寬度相同，破壞形態(tài)相似，墻體各特征點荷載基本相同；TMW7墻體承載力較TMW8和TMW9墻體小，大洞口嚴重削弱墻體的承載力。

第1組試件與第2組試件中試件承載力隨軸壓比逐漸增大，但變形性能逐漸減弱；軸壓比相同的第3組試件（含洞口）與TMW6試件相比，其承載力因洞口存在而削弱，變形能力影響相對較小。

3.2滯回曲線與骨架曲線

9片墻體的滯回曲線如圖6所示。對比第1組試件與第2組試件滯回曲線，第1組曲線呈現(xiàn)明顯的反“S”形，說明第1組薄灰縫墻體因缺少構造柱約束，出現(xiàn)了滑移現(xiàn)象，且每一次加載完成后滯回環(huán)面積較小，最終極限位移較小，耗能較差。

第2組試件在設置水平拉結帶和構造柱圈梁后，墻體被區(qū)域劃分，加載初期裂縫主要出現(xiàn)在上區(qū)和下區(qū)砌塊，最初耗能主要依靠砌塊，繼續(xù)加載，加載制度改為位移控制后，墻體水平位移增大，上區(qū)和下區(qū)砌塊外壁掉落，此時構造柱開始承擔荷載，底部逐漸出現(xiàn)裂縫，墻體耗能主要依靠上區(qū)和下區(qū)砌塊水平灰縫的摩擦和構造柱底部逐漸形成塑性鉸，而中區(qū)砌塊基本完整，維持了墻體的整體性。因此，滯回環(huán)面積剛開始較小，后期變得比較飽滿，整體表現(xiàn)出一定的滑移特性。墻體受荷歷程可總結為：上區(qū)和下區(qū)砌塊墻體（破壞）→墻體端部構造柱（破壞）→中區(qū)砌塊和水平拉結帶（完整，維持墻體整體性）。

第3組試件洞口兩側為薄弱區(qū)，砌塊墻體破壞嚴重，下區(qū)受損較輕，最終帶洞墻體構造柱沒有形成明顯的塑性鉸，其滯回曲線與試件TMW6相比，后期承載力下降快。帶洞墻體受荷歷程為：洞口側墻體（破壞）→墻體端部構造柱（微破壞）→下區(qū)砌塊和水平拉結帶（完整）。

將第1組試件與第2組試件的骨架曲線進行對比（圖7），研究水平拉結帶和構造柱圈梁對薄壁節(jié)能砌塊薄灰縫組合墻體抗震性能影響。從墻體的骨架曲線可以看出，該措施形成的薄灰縫組合墻體顯著提高了其剛度和后期的承載力，同時增大了脆性墻體后期的變形，改變了墻體的延性。

3.3剛度退化曲線

墻體剛度K采用割線剛度表示[22]，根據試驗結果計算整個加載過程中墻體各關鍵點剛度（初始剛度、開裂剛度、屈服剛度、極限剛度和破壞剛度），分別繪制第1組試件和第2組試件剛度退化曲線，將相同豎向荷載作用下的TMW6和第3組試件剛度進行對比。各組試件剛度退化曲線如圖8所示。

Fig.8Stiffness Degradation Curves of Specimens剛度小于TMW2和TMW3，因無水平拉結帶和構造柱圈梁，缺乏有效約束，整體性差，后期剛度下降更快，直至為0。第2組試件初始剛度均較大，加載剛開始時剛度主要由薄壁砌塊組成的薄灰縫墻體提供，隨著砌塊的開裂，上區(qū)和下區(qū)砌塊外壁掉落，整個過程中墻體剛度退化較快，隨著承載力轉移到構造柱和中區(qū)砌塊形成的安全區(qū)域，其剛度下降緩慢，且最終還有一定的殘余剛度。將相同豎向荷載作用下的試件進行對比，相同位移下帶洞口墻體剛度下降較大，洞口的存在加速了剛度的退化，最終各試件都保留一定的殘余剛度，說明該組合墻體的整體性較好。4結語

（1）組合墻體的破壞形態(tài)、承載力和變形能力得到明顯改善，即鋼筋混凝土水平拉結帶和端部構造柱組成的抗震構造措施是有效的，鋼筋混凝土水平拉結帶將墻體分區(qū)域后，阻止了裂縫的發(fā)展，控制了墻體的破壞程度，構造柱約束了墻體的變形，說明二者可用于高孔洞率薄壁中型砌塊墻體的設計。

（2）墻體的承載力與軸壓比大小呈正相關，軸壓比相同時，洞口削弱了其承載力，且洞口兩側的窗間墻破壞比較嚴重。

（3）考慮薄壁節(jié)能砌塊施工工藝簡單，施工速度快，為減少墻體砌筑時現(xiàn)澆水平拉結帶所耗時間，減少現(xiàn)場濕操作面，水平拉結帶可進行工廠預制，內部配筋數量及形式亦可優(yōu)化。參考文獻：

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