蒸压加气混凝土砌块填充墙抗震性能试验研究

福建建设科技　20071No 16

■建材与化学建材

蒸压加气混凝土砌块填充墙抗震性能试验研究

陈国钦(福建省建设科技发展促进中心　福州　350001)

[提　要]　填充墙框架结构是房屋建筑结构中常见的一种结构体系。已往的研究表明, 填充墙对框架结构的刚度、变形性

能及其承载力有着很大的影响。本文针对目前比较常用的蒸压加气混凝土砌块填充墙框架结构, 进行了拟静力试验研究。

[关键词]　蒸压加气混凝土砌块　填充墙框架　抗震性能　拟静力试验

Ab s tra c t:I nfilled fra me structure is a common structure syste m of that filled wall has a great effecti on on fra me stiffness, defor mati on p r operties and . this -static test is carried out on the in 2filled fra me structure with aut oclaved aerated concrete ock.

Key wo rd s:Aut oclaved aerated concrete perf or mance; Quasi -static test

　　1引言

, 具有材料来源广, 性能稳定, 质轻, 隔热, 保温, 防火, 隔音, 易加工等多种特点, 是迄今为止唯一能够同时满足墙材革新和节能50%要求的自保温墙体材料。蒸压加气混凝土的材性与粘土砖的材性相差甚远, 二者的施工工艺也有较大的差别, 因此对框架蒸压加气混凝土砌块填充墙结构共同作用性能的研究是非常必要的。

本文进行了一榀足尺框架蒸压加气混凝土砌块填充墙的抗震性能试验研究。通过对蒸压加气混凝土砌块填充墙模型进行拟静力试验, 比较它们在不同层间位移下的反应情况、破坏形态等的工作性能, 提出构造设计建议及预防裂缝的技术措施。

2试验设计

211试件设计和制作(1) 钢筋混凝土框架

试验用框架为C25现浇钢筋混凝土, 框架尺寸如图1所示

。

(2) 加气混凝土填充墙

框架填充墙采用蒸压砂加气混凝土砌块(砌块带拉毛槽) , 容重等级为B06, 强度等级为A315, 砌块厚度分别为200mm 和100mm, 组砌墙体的砌块规格为:600mm ×200mm 和300mm ×200mm 。填充墙采用专用配套砂浆干法施工, 垂直错缝砌筑, 砌块可任意切割。填充墙一面为素墙面, 另一面贴瓷砖(采用专用瓷砖粘结剂) 。框架填充墙立面砌块组砌排块如图2所示

。

图2　填充墙立面砌块组砌排块示意图

图1　框架尺寸

收稿日期:2007—09—17

(3) 连接件

采用L 型薄铁件进行墙柱连接, 每三皮设一薄铁件。L 型薄铁件规格为150mm (长) ×70mm (宽) ×100mm (高) ×112mm (厚)

3试验方法

311加载装置全景312加载方案

本次试验为拟静力试验, 采用位移控制, 往复推拉加载。

) 为012, 柱顶垂直荷载由固定在框架框架柱的轴压比f c b c h c

柱顶的两个油压千斤顶施加, 保持垂直荷载不变, 在梁端施加往复的水平荷载。往复水平荷载由美国M TS 公司生产的100吨(2个) 电液伺服加载系统作动器施加。作动器的静态(

非

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图3　加载装置

冲击) 承载能力为±750k N, 额定加载能力为±1000k N, 最大行程为±250mm 。位移由M TS 电液伺服加载系统控制, 水平荷载由反力墙承担。

313加载制度

试验采用分级位移控制加载方式, 每级往复推拉三次, 每级加载完毕后检验蒸压加气混凝土砌块填充墙墙体的开裂状况。

试验加载分级表如表1所示。

表1　试验加载分级表

加载分级

[***********][1**********]20

相对变形

1/60001/30001/20001/15001/10001/7501/5501/4001/3001/2401/2001/1701/1501/1201/1007/6008/6009/60010/60012/600

绝对变形

015mm 110mm 115mm 210mm 310mm 410mm 5145mm 715mm 1010mm 1215mm 1510mm 1715mm 2010mm 2510mm 3010mm 3510mm 4010mm 4510mm 5010mm 6010mm

备　注

抗震规范规定的混凝土框架

结构层间位移弹性极限值

相对变形1/6000、1/3000、1/2000) 。在加载过程中, 荷载位移曲线呈线性关系。卸载后几乎没有残余变形, 墙体处于弹性变形阶段。

(2) 第四级位移荷载(位移控制210mm, 相对变形1/1500) 。素墙面的第一皮中部产生一条竖直裂缝, 裂缝宽度014mm 。

(3) 第五级位移荷载(位移控制310mm, 相对变形1/1000) 。连接墙柱的砂浆层产生滑移, 但此时的滑移裂缝较小, 并没有导致荷载的突然下降。

(4) 第六级位移荷载(410mm, 相对变形1/750) 。(厚20mm ) 突然滑移。同时发现多处砌, 。第三圈014mm 。

(位移控制5145mm, 相对变形1/, 同时素墙面上墙角剪切斜裂缝的最大缝宽增大至018mm 。

(6) 第八级位移荷载(位移控制715mm, 相对变形1/400) 。素墙墙中出现第一条斜向主裂缝, 缝宽112mm 。上一

级加载过程中产生的裂缝, 缝宽增至11

2mm 。瓷砖墙面分别在勾缝处产生锯齿状斜向裂缝, 部分瓷砖被斜向剪断。

(7) 第九级位移荷载(位移控制1010mm, 相对变形1/300) 。素墙墙中出现第二条斜向主裂缝, 缝宽达到116mm 。第一条斜向主裂缝缝宽增至310mm 。同时素墙面墙顶产生竖向裂缝, 缝宽达到112mm 。瓷砖墙面有少量瓷砖剥落现象。

(8) 第十级位移荷载(位移控制1215mm, 相对变形1/240) 。素墙墙中的斜向主裂缝继续扩展, 最大缝宽达到410mm 。

(9) 第十一级位移荷载(位移控制1510mm, 相对变形1/200) 。素墙墙中的斜向主裂缝继续扩展。素墙面有少量砌块剥落现象。

(10) 第十二、十三、十四级位移荷载(位移控制1715、20、25mm, 相对变形1/170、1/150、1/120) 。素墙墙中的斜向主裂缝缝宽急剧增大, 砌块表面部分剥落。

(11) 第十五级位移荷载(位移控制3010mm, 相对变形1/100) 。瓷砖面有大量瓷砖掉落。

(12) 第十六、十七级位移荷载(位移控制3510、4010mm, 相对变形1/86、1/75) 。素墙左右两上角的砌块大面积剥落。

(13) 第十八、十九、二十级位移荷载(位移控制4510、5010、6010mm, 相对变形1/67、1/60、1/50) 。素墙墙中砌块大面积掉落, 填充墙体穿洞, 且框架的梁底及柱脚处均有裂缝产生。

　　4试验结果与分析

411试验墙体的破坏过程及描述(1) 第一、二、三级位移荷载(位移控制015、110、115mm,

图4　第十五级荷载时素墙面表观裂缝图

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412试验墙体的滞回曲线及骨架曲线

结构或构件在反复荷载作用下的力与变形之间的关系曲线称为滞回曲线。滞回曲线可以反映结构在地震反复作用下的受力特性, 是计算各种抗震性能指标的依据。试验墙体的滞回曲线如图5所示。

骨架曲线是试件滞回曲线上各加载级别的峰值点连成的包络线。它可以反映试件在水平反复荷载作用下的开裂荷载、极限荷载、变形能力以及延性等诸多特性。试验墙体的骨架曲线如图6所示

。

各级荷载作用下结构承载力降低系数变化趋势如图7、图8所示

。

7

图5　

滞回曲线

图8　荷载作用下反向承载力降低系数变化趋势

41312刚度退化

对滞回曲线中, 每次循环顶点的割线刚度定义为等效刚度K:

+P +-P K i +△i +-△i

式中+P i 为第i 次正向水平荷载峰值; -P i

为为第i 次反向

水平荷载峰值;

+△i 为第i 次正向水平荷载峰值所对应的位移值; -△i 为第i 次反向水平荷载峰值所对应的位移值。各级荷载作用下结构平均刚度变化趋势如图9所示。

图6　骨架曲线

由试验墙体的滞回曲线可以看出, 在达到第一个荷载峰

值前滞回环呈狭长的梭形, 滞回面积非常小, 框架与填充墙均处于弹性工作状态。在第一个荷载峰值过后, 试验墙体的承载力有所下降, 同时滞回环的形状由原来狭长的梭形变为反S 形。此时滞回环较之前饱满, 具有一定的耗能能力, 承载力也随之增大。在达到第二个荷载峰值之后, 滞回环更为饱满。

由试验墙体的骨架曲线可以看出, 曲线有两个明显的荷载峰值。在达到第一个荷载峰值之前的上升段以及之后的下降段均比较陡峭, 说明这个阶段结构的延性及耗能性能相对较差。而第二个荷载峰值之前的上升段以及之后的下降段均比较平缓, 此阶段为框架填充墙结构在反复荷载作用下主要的耗能阶段。

413结构承载力与刚度退化41311承载力退化

在低周反复荷载作用下, 荷载的反复次数对结构构件的承载力有重要的影响。一般来说反复的次数越多, 强度降低越明显。

图9　各级荷载作用下结构平均刚度变化趋势

由图9可知, 填充墙在结构受力初期提供了较大的刚度。

但随着墙柱连接、墙梁连接以及填充墙自身的开裂, 结构的承载力以及刚度下降相当快。此时结构表现出了比较明显的脆

性破坏。在此之后, 结构的承载力以及刚度下降趋于平缓, 表现出了较好的延性。

5结论

(1) 在抗震规范规定的混凝土框架结构层间位移弹性极限值范围内

①墙柱连接处的砂浆层的滑移具有一定的延性

(下转第57页)

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312伸缩缝设置和施工

57　

土的浇筑不得中断, 板角采用插入式振动器振捣, 其它处用平板振动器振捣, 振捣的持续时间应以混凝土停止下沉, 不再冒气泡并泛出水泥浆为准, 且不宜过振。振捣时辅以人工找平, 混凝土整平采用振动梁振捣拖平, 再用钢滚筒依次滚压进一步整平, 整平的表面不得裸露钢纤维。

21213耐磨骨料面层施工

本工程使用的耐磨骨料是型号为RA -I 型, 莫氏硬度7～8, 抗折强度≥12MPa 。面层厚度2mm, 耐磨骨料用量为

2

5kg/m。

(1) 撒第一遍耐磨骨料:纤维混凝土经终凝前, 以一个约70kg 体重的人脚踩其上, 约下沉3～5mm 时, 即可开始第一次耐磨层施工。将3/5(3kg/m 2) 的耐耐剂均匀撒在混凝土表面上, 并将其抹平。

(2) 撒第二遍耐磨骨料:凝土中水分, 颜色变暗后, , 出浆, 然后用木抹子搓成毛面; 料, 为全部用量的2() ; 垂直。长杠拉平。在耐磨骨料面层料初凝后至终凝前, 适时用压光机抹压两遍。于耐磨骨料面层料临近终凝时, 用钢皮抹子最后收光, 抹子走向为直线。耐磨地面的平整度要求为2m 见方最大偏差3～5mm, 同标高极高点与极低点的最大偏差不大于20mm 。尽量避免龟裂、脱皮或起砂现象。

21214养护

成活后24小时内均匀喷洒专门养护剂(用量为012L /2

m ) 进行前期养护, 并加盖塑料薄膜防止防止混凝土自身水分的蒸发。

3细部构造

311沉降缝设置和施工

沉降缝主要位于地现与墙面、柱子周边、电缆井盖边, 主要是消除结构沉降对地面的影响, 缝宽3c m, 缝深为贯通混凝土垫层, 缝内嵌聚苯板, 上口浇灌油膏。

(上接第60页)

沿纵向设置伸缩缝, 间距30m 。伸缩缝贯穿构造层, 钢筋断开, 缝宽约5c m, 缝内嵌填柔性材料, 上口注密封胶。

313分格缝设置和施工

耐磨骨料面层完成后48h, 用切割机切割分格缝, 间距为6m, 缝深为混凝土层厚度的1/3,清理缝残物, 注胶。切割应统一弹线, 确保切割缝整齐顺直。

4质量标准

41011耐磨面层应平整、清洁、; 厚薄均匀, 不得有刮痕和漏磨等质量缺陷; , 无空鼓、不起沙; 切缝须顺直, 41012, 必须符合设; 耐磨层的厚度应符, , 其中最小厚度应达80%以上。

41013耐磨地面验收的主要内容可按表11进行验收。

表1　耐磨地面允许偏差

项　目

表面平整度

耐磨地面

5

允许偏差(mm )

标　高

5

硬度(莫氏)

缝格平直

3

≥8

　　5结束语

该工程的耐磨地面, 通过采用钢纤维和耐磨材料, 经过施工单位对耐磨地面施工工艺的周密安排, 和建设、监理、施工等单位对工程严格的质量控制, 各项技术质量指标符合设计要求和规范要求, 达到了增强地面混凝土的强度和耐磨度要求。工程投入使用至今, 地面平整, 没有出现空鼓、开裂, 无明显磨损和沉降, 取得了令人满意的效果, 受到好评。

参考文献

[1]《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002

[2]《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》CECS38-92(G B50209-2002) [3]《建筑地面工程施工验收规范》

(3) 建议蒸压加气混凝土砌块填充墙的设计分为两个阶

②墙梁连接处的砂浆层的滑移为瞬间产生, 脆性比较明显, 且滑移后导致承载力突然下降, 建议在墙梁连接处采用柔性连接。

③填充墙四角有部分斜向剪切裂缝, 建议在填充墙四角采用玻纤网加固。

④砌块的拉毛槽产生贯通的竖向剪切裂缝, 故拉毛槽为砌块的受力薄弱处。建议不要采用拉毛槽的设计。

(2) 在抗震规范规定的混凝土框架结构层间位移弹性极限值范围外

①墙体中部出现斜向主裂缝, 且大部分裂缝位于砌块上。说明砌块的抗压强度得到充分的利用, 专用砌筑砂浆的粘结效果良好。

②墙体瓷砖面出现贯穿瓷砖的裂缝, 说明瓷砖粘结剂的粘结效果良好。

③在较大的层间位移下, 墙体瓷砖面的瓷砖出现小面积的整体剥落。因此采用瓷砖做为墙体饰面应予以慎重考虑。

段进行设计

①在中小震作用下, 可以考虑填充墙对框架承载力以及刚度的较大贡献。以骨架曲线达到第一个峰值荷载之前的受力状态进行设计。

②在大震作用下, 不考虑填充墙对框架承载力以及刚度的贡献。以骨架曲线上的第二个峰值荷载为极限承载力进行设计。

参考文献

[1]房贞政, 预应力结构理论与应用, 北京:中国建筑工业出版社, 2005, 198-254

[2]赵全斌, 改善蒸压加气混凝土承重墙体抗震性能试验研究:[硕

士学位论文], 天津:天津大学建筑工程学院, 2005

[3

]陈海燕, YT ONG 加气混凝土矩形和异形屋面板试验研究YT ONG

轻质填充墙/钢筋混凝土框架连接抗震性能研究:[硕士学位论文], 上海:同济大学, 2002

[4]中华人民共和国建设部, G B50011～2001, 中华人民共和国国家

标准———建筑抗震设计规范, 中国标准出版社, 2001-07-20