職智菊，楊新磊(.天津城建大學 土木工程學院，天津300384；.天津市土木建筑結(jié)構防護與加固重點實驗室，天津300384)

空腔內(nèi)填夯土式砌塊砌體抗剪性能試驗研究

職智菊1，楊新磊2
(1.天津城建大學 土木工程學院，天津300384；2.天津市土木建筑結(jié)構防護與加固重點實驗室，天津300384)

對36個混凝土空心砌塊砌體抗剪試件(其中對比試件6個，單個孔內(nèi)填夯土試件6個，兩個孔內(nèi)填夯土試件24個)進行了受剪力學性能試驗，分析各種砌塊砌體的破壞形態(tài)及破壞機理。試驗結(jié)果表明：單個孔內(nèi)填夯土試件和對比試件比較質(zhì)量增加了42.95%，抗剪強度提高了23.91%；兩個孔內(nèi)填夯土試件和對比試件比較質(zhì)量增加了80.16%，抗剪強度提高了50.92%；兩個孔內(nèi)填夯土中加竹片試件和對比試件比較質(zhì)量增加了78.27%，抗剪強度提高了113.05%。

混凝土空心砌塊；力學性能；破壞形態(tài)；抗剪強度

混凝土小型空心砌塊符合可持續(xù)發(fā)展要求，是一種極具競爭力的墻體材料[1]，在我國西部地區(qū)及農(nóng)村砌體結(jié)構是應用量大、面廣的一種建筑結(jié)構形式，但大部分房屋沒有經(jīng)過科學設計，缺乏有效的抗震措施[2-5]，存在很大的安全隱患。砌體結(jié)構由于塊體和砂漿的黏結(jié)力低，破壞多為沿砂漿縫剪切破壞[6]，因此通過增加砂漿縫處的構造措施，可以提高砌體結(jié)構在地震作用下的抗震性能。

鑒于我國西部地區(qū)及農(nóng)村地廣人稀、生土資源豐富和易就地取材，考慮綠色環(huán)保的發(fā)展要求，目前國內(nèi)外對內(nèi)填夯土的砌塊砌體在水平抗剪作用下的性能研究很少，而且我國的抗震規(guī)范也沒有列出相應的設計條款，所以開展本課題研究非常必要。

1 試驗設計

1.1 試件設計

砌塊采用尺寸為390 mm×190 mm×190 mm的普通混凝土小型空心砌塊，每個試件由三個砌塊砌筑而成，試件尺寸為590 mm×390 mm×190 mm。試件共7組，對比試件1組。共6個，兩個孔內(nèi)填夯土的試件共4組每組6個，單個孔內(nèi)填夯土的試件共2組每組3個，總計36個。其中：第1組作為對比試件，砌塊孔內(nèi)無任何構造措施；第2組為兩個孔內(nèi)填夯土；第3組在兩個孔夯土中加入6cm寬竹片；第4組在兩個孔夯土中加入尼龍繩；第5組在兩個孔夯土中加入直徑Φ8的鋼筋；第6組為單個孔內(nèi)填夯土；第7組在單個孔夯土中加入直徑Φ8的鋼筋。試件設計見表1，示意圖見圖1。

表1 試件設計

圖1 不同試件構造示意圖

1.2 試驗加載

試件用長柱試驗機作為反力架，用液壓千斤頂施加剪力，千斤頂上放有力傳感器。試驗通過手動液壓千斤頂控制位移進行加載，采用勻速連續(xù)加載方式，并避免沖擊，加荷速度控制在試件1～3 min，當有一個受剪面被剪壞即認為試件破壞，并記錄破壞荷載值和試件破壞特征[7]?？辜粼嚰募虞d裝置如圖2所示。

2 試驗結(jié)果與分析

OT試件破壞形態(tài)主要為脆性的單剪破壞[8]，破壞以整體灰縫砂漿和砌塊的黏結(jié)面分離破壞為主[9]，少數(shù)為灰縫砂漿的剪切破壞。單剪破壞抗剪強度小于雙剪破壞的抗剪強度。OT試件的破壞形態(tài)見圖3，荷載位移曲線見圖4。

圖2 抗剪試驗加載裝置示意圖

圖3 OT試件破壞形態(tài) 圖4 OT試件荷載位移曲線

FM試件破壞形態(tài)為脆性的單剪破壞，多以整體灰縫砂漿和砌塊的黏結(jié)面分離破壞為主，少數(shù)為灰縫砂漿的剪切破壞，夯土沿灰縫剪切面破壞。內(nèi)填夯土產(chǎn)生一定的“銷栓”作用，使抗剪強度得到提高。FM試件破壞形態(tài)見圖5，荷載位移曲線見圖6。

圖5 FM試件破壞形態(tài) 圖6 FM試件荷載位移曲線

FMB試件破壞形態(tài)為延性破壞，都為砌塊產(chǎn)生水平裂縫或斜裂縫后，灰縫開裂破壞，夯土沿灰縫剪切面破壞，竹片有的被剪斷有的未被剪斷，內(nèi)部土體未破壞。由于竹片的存在，使得竹片和夯土形成整體，加載時竹片和夯土能很好地限制砌塊的相對位移，導致砌塊被壓壞。FMB試件破壞形態(tài)見圖7，荷載位移曲線見圖8。

圖7 FMB試件破壞形態(tài)

圖8 FMB試件荷載位移曲線

FMN試件破壞形態(tài)為單剪破壞，砌塊無破壞，繩子完好，夯土沿灰縫破壞，夯土內(nèi)部無破壞。由于夯筑時繩子未張拉和錨固，試件的抗剪強度比FM試件抗剪強度無提高。FMN試件破壞形態(tài)見圖9，荷載位移曲線見圖10。

圖9 FMN試件破壞形態(tài)

圖10 FMN試件荷載位移曲線

FMR試件破壞形態(tài)為延性破壞，砌塊無破壞，鋼筋在灰縫處有屈曲，夯土沿灰縫處剪壞，鋼筋未剪壞。由于鋼筋沒有采取錨固措施，試件的抗剪強度比FM試件抗剪強度無提高。FMR試件破壞形態(tài)見圖11，荷載位移曲線見圖12。

圖11 FMR試件破壞形態(tài) 圖12 FMR試件荷載位移曲線

HM試件由于一個孔內(nèi)填夯土，而另一個孔內(nèi)無夯土，孔內(nèi)無夯土的砌塊強度相對較小，試件破壞以砌塊破壞為主。HM-3砌塊無破壞，且為雙剪破壞，故抗剪強度最高。HM試件破壞形態(tài)見圖13，荷載位移曲線見圖14。

圖13 HM試件破壞形態(tài)

HMR試件破壞形態(tài)多為單剪破壞，砌塊無破壞，鋼筋在灰縫處有屈曲，夯土沿灰縫處剪壞，鋼筋未剪壞。由于鋼筋較細及沒有錨固措施，試件的抗剪強度比HMR試件抗剪強度無提高。HMR試件破壞形態(tài)見圖15，荷載位移曲線見圖16。

圖14 HM試件荷載位移曲線

圖15 HMR試件破壞形態(tài) 圖16 HMR試件荷載位移曲線

從不同構造試件的荷載位移曲線(見圖17)對比可以看出：通過砌塊空腔內(nèi)填夯土可以提高砌體的抗剪強度，空腔夯土內(nèi)再加入竹片效果更顯著。單個孔內(nèi)填夯土試件和對比試件比較質(zhì)量增加了42.95%，抗剪強度提高了23.91%。兩個孔內(nèi)填夯土試件和對比試件比較質(zhì)量增加了80.16%，抗剪強度提高了50.92%。兩個孔內(nèi)填夯土中加竹片試件和對比試件比較質(zhì)量增加了78.27%，抗剪強度提高了113.05%?？涨粌?nèi)填夯土可以提高試件的變形能力。

圖17 不同構造試件荷載位移曲線

3 結(jié)論

(1)單個孔內(nèi)填夯土試件和對比試件比較質(zhì)量增加了42.95%，抗剪強度提高了23.91%。

(2)兩個孔內(nèi)填夯土試件和對比試件比較質(zhì)量增加了80.16%，抗剪強度提高了50.92%。

(3)兩個孔內(nèi)填夯土中加竹片試件和對比試件比較質(zhì)量增加了78.27%，抗剪強度提高了113.05%。

(4)OT試件、HM試件、FM試件和FMN試件破壞均為脆性破壞，且多為單剪破壞，單剪破壞抗剪強度小于雙剪破壞的抗剪強度。

(5)FMB試件和FMR試件有效改善了試件受剪呈現(xiàn)脆性破壞的特征，提高了試件的變形能力。

(6)砌塊內(nèi)夯土的破壞多為沿灰縫剪切破壞，內(nèi)部夯土成塊無明顯破壞。

(7)由于砌塊空腔內(nèi)夯土時繩子未張拉和錨固，F(xiàn)MN試件的抗剪強度比FM試件抗剪強度無提高。

(8)由于鋼筋沒有采取錨固措施，F(xiàn)MR試件的抗剪強度比FM試件抗剪強度無提高。

[1] 施楚賢. 砌體結(jié)構理論與設計[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社, 2014.

[2] 薛源. 村鎮(zhèn)砌體民居住宅的設計方法的研究[D]. 西安：長安大學, 2012.

[3] 郭光玲. 漢中農(nóng)村既有砌體房屋抗震加固技術研究[J]. 震災防御技術, 2016, 11(1):1-3.

[4] 白曉霞.村鎮(zhèn)砌體結(jié)構房屋加固抗震性能分析[D].天津：河北工業(yè)大學,2012.

[5] 楊仕升,申志敏,等.我國村鎮(zhèn)砌體房屋震害分析與抗震加固研究進展[J].華南地震, 2012, 32(3):1-5.

[6] 張崇鳳. 復合混凝土砌塊砌體力學性能試驗與研究[D]. 大連：大連理工大學, 2015.

[7] 中華人民共和國建設部. 砌體基本力學性能試驗方法標準:GB/T 50129-2011[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社, 2011.

[8] 趙成文，張亮，高連玉，等. A類蒸壓加氣混凝土砌塊砌體力學性能試驗[J]. 沈陽建筑大學學報(自然科學版), 2009, 25(6):2-4.

[9] 李葉. 混凝土復合保溫砌塊砌體基本力學性能研究與非線性分析[D]. 長沙：長沙理工大學, 2012.

Experimental investigation on shear strength capacity of hollow block filled with rammed earth

ZHI Zhi-ju1,YANG Xin-lei2
(1.SchoolofCivilEngineering,TianjinChengjianUniversity,Tianjin300384,China;2.TianjinKeyLaboratoryofCivilbuildingsprotectionandreinforcement,Tianjin300384,China)

This paper presents the test results of thirty-six concrete hollow blocks under shear test, aiming at evaluating the shear strength and failure mechanism of proposed hollow blocks filled with rammed earth. The results showed that the mass of hollow blocks filled with single hole rammed earth increased by 42.95%, and the shear strength increased by 23.91% in comparison with contrast specimen. The mass of hollow blocks filled with two holes rammed earth increased by 80.16%, and the shear strength increased by 50.92%. The mass of hollow blocks filled with two holes rammed earth and bamboos increased by 78.27%, and the shear strength increased by 113.05%.

concrete hollow block; mechanical property; failure mode; shear strength

2017-01-15

國家科技支撐計劃項目(2015BAL03B02)

職智菊(1990—)，男，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生。

1674-7046(2017)02-0001-07

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.02.001

TU522

A