约束砌块墙体抗剪承载力及变形研究

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1、砌体结构抗震约束砌块墙体抗剪承载力及变形研究熊立红1，2(1．中国地震局工程力学研究所，哈尔滨150080；2．北京工业大学建筑工程学院，北京100022)摘要：本文以国内大量的混凝土小型空心砌块墙片试验资料为基础，探讨芯柱一构造柱混凝土小型空心砌块组合砌体受力特征及影响抗剪承载力的主要因素。结合理论计算分析，提出了抗震剪切承载力的通用计算公式．该公式既适用于芯柱一构造柱混凝土小砌块墙体。也适用于只设置芯柱或构造柱砌块墙体。此外。还研究了砌块墙体的变形能力和本构关系，建立了四折线恢复力骨架曲线，给出了各特征参数的标定方法．为砌块结构的抗震分析提供基础资料。关键词：混凝土小型空心砌

2、块；芯柱；构造柱；抗震承载力；骨架曲线；墙片试验1引言近年来，我国利用混凝土空心砌块建造的房屋在墙体边缘(或局部)设置构造柱及芯柱，形成钢筋混凝土与砌块约束结构体系。试验研究表明，这种新型结构体系不仅可以提高房屋整体性和变形能力，且使砌体受力状态大为改善。本文在总结、分析我国大量墙片试验资料的基础上，提出了这类墙体的抗震剪切承载力计算公式；通过砌块墙体的变形能力和本构关系的研究，建立了四折线恢复力骨架曲线。这些将为砌块结构抗震验算和结构动力分析提供基础资料。2芯柱一构造柱砌块墙体剪切强度试验结果分析2．1芯柱一构造柱混凝土空心砌块约束砌体受力特征混凝土砌块墙片的抗剪承载力是评定砌

3、块房屋抗震能力的一个重要指标。砌块墙片的试验研究结果表明。在混凝土小型空心砌块墙中设置芯柱和构造柱，能够有效地提高墙体抗震性能，在水平荷载作用下，墙体经历了弹性、弹塑性和塑性破坏阶段，采用芯柱和构造柱后，弹塑性阶段增长，墙体延性也随之增加。在弹性状态下，组合砌体的抗剪能力主要由混凝土砌块和芯柱、构造柱的混凝土来提供，柱中钢筋的应力很小，一般尚未发挥作用。当砌块砌体开裂后。芯柱与构造柱混凝土中钢筋应力迅速增加，此时，钢筋开始承担部分剪力。随着墙体裂缝的发展。钢筋应力越来越大，在墙体达到极限荷载时，可发挥到其屈服强度的15％一20％。极限荷载后，在裂缝处的个别钢筋出现屈服；显然此时钢

4、筋起到了销键作用，拉住破坏的砌块来回错动。由于芯柱和构造柱的存在，墙体承载力下降幅度缓慢。从试验可以看出以下特征：(1)约束砌块墙体各组成部分的抗剪能力不是同时发挥各自的最大作用，而是先后起着多道抗。(2)砌块砌体开裂后，由于芯柱、构造柱的作用，墙体的承载能力有很大提高；墙体破坏后，在构造柱和芯柱的约束下。墙体未倒塌破坏。承载力下降幅度缓慢，变形能力显著增强。延性大大提高。2．2影响抗震剪切承载力的主要因素芯柱—构造柱砌块墙体在水平荷载作用下，其抗剪承载力与芯柱、构造柱的设置、砌体强度(特别是砂浆强度)、正应力、墙片高宽比以及开孔情况等因素有关。关于正应力、砌体强度、高宽比以及开

5、孔影响等问题与普通混凝土小型空心砌块墙体相类似，在以往的试验研究中已经有许多文献作过介绍，本文不再重复，仅对芯柱和构造柱的影响加以叙述。作为建立承载力计算公式的基础。2．2．1芯柱的影响试验研究表明。混凝土小型砌块墙体设置芯柱是提高墙体抗剪能力的重要因素。其提高程度与芯基金项目：1．国家自然基金(50678160)：约束混凝土砌块结构地震破坏机理和性态抗震分析方法研究；2．科技部社会公益专项研究资金(2001DIB20098)：工程结构性态抗震设计和控制研究；3．地震科学联合基金(103088)：混凝土砌块房屋基于性能的抗震研究。砌体结构理论与新型墙材应用柱的数量和位置有关。一般

6、来说，当芯柱设置在墙体中部时。抗剪能力比设在墙端要高。处于墙体中部不同位置的芯柱。每根芯柱对抗剪能力贡献差别不大。芯柱的数量与抗剪强度的提高基本上呈正比例增加．如图1所示【1】。芯柱对提高墙体极限强度的影响主要表现在芯柱混凝土的斜截面抗剪强度和纵向钢筋的销键作用。芯柱混凝土与其纵向钢筋的工作过程．如本文2．1节所述，在砌块墙片开裂后，钢筋才发挥作用。不同位置的图1约束砌块墙体开裂、阴极限荷载(V)与填孔率(p)关钢筋应变存在差异，在裂缝处的钢筋应变较大。文献『11、f2]的试验结果表明，达到极限荷载时芯柱纵向钢筋应力平均为屈服强度的14．5—20％。2．2．2构造柱的影响构造柱一

7、般设置在墙体的端部，当仅在端部设置构造柱不满足抗震要求时，亦可在墙体中部增设，《建筑抗震设计规范}(GB50011-2001)对构造柱间距作了具体要求。与芯柱工作一样，构造柱中除混凝土斜截面抗剪作用外．还有纵向钢筋和箍筋的抗剪作用，构造柱与圈梁所形成的弱框架对主斜裂缝的贯通和发展起到延缓和限制作用；并约束开裂的砌体不至倒塌，同时可承受一定的倾覆力矩。墙中间部位设置构造柱与芯柱作用相同，延缓墙体裂缝发展，且能够较好地发挥抗剪作用，从而提高墙体的承载力和变形能力。3芯柱一构造柱砌块墙