带构造柱横孔连锁混凝土空心砌块墙体抗震性能研究_硕士学位论文（pdf格式可编辑）.pdf

1 带构造柱横孔连锁混凝十窄心砌块埔 木抗震悱能研究 摘要 随着国家禁止使用粘土砖政策的出台 混凝土空心砌块取代粘土砖成为主导 的墙体材料之一 近年来得到了广泛的应用 混凝土空心砌块砌体结构不断向中 高层发展 如何提高混凝土空心砌块砌体结构的抗震性能 成为工程界迫切需要 解决的问题 因此研究混凝土空心砌块墙体的抗震性能具有重要的理论和现实意 义 本文提出的横孔连锁混凝土空心砌块砌体是一种新型砌体形式 具有节能 环保 隔热 干砌等优点 前期工作进行了横孔连锁混凝土空心砌块砌体的抗压 抗剪等方面的理论和 试验研究 但并未对横孔连锁混凝土空心砌块墙体的抗震性能进行研究 为了研 究横孔连锁混凝土空心砌块墙体的抗震性能 本文进行了三片带构造柱横孔连锁 混凝土空心砌块墙体在水平低周反复荷载作用下的拟静力试验 研究了带构造柱 横孔连锁混凝土空心砌块墙体的抗震性能 描述了墙体的受力破坏形态 绘制了 墙体的受力滞回曲线 骨架曲线 分析了墙体的承载力 变形能力 延性 耗能 能力和刚度退化等抗震性能 研究结果表明 两侧构造柱和内部砌块墙体可以相互作用 共同抵抗水平荷 载和竖向荷载 构造柱约束内部砌块墙体 使墙体具有良好的变形能力和耗能能 力 水平钢筋混凝土带的拉结作用 能够有效提高墙体的整体性 墙体抗震性能 较好 根据带构造柱横孔连锁混凝土空心砌块墙体的破坏模式 承载力 变形性能 及刚度 确定了三折线骨架曲线和骨架曲线中各特征点的计算公式 建立了带构 造柱横孔连锁混凝土空心砌块墙体的三折线型恢复力模型 关键词 砌体结构 横孔连锁砌块 构造柱 抗震性能 H 顾l j 学位论文 A b s t r a c t P u b l i s h i n gc o u n t r yp o l i c yo ff o r b i d d i n gu s i n gs o l i dc l a yb r i c k t h ec o n c r e t e h o l l o wb l o c kh a v er e p l a c e dt h ec l a yb l o c k a n db e c o m eo n eo fp r e d o m i n a n tw a l l m a t e r i a l I nr e c e n ty e a r s c o n c r e t eh o l l o wb l o c ki sw i d e l yu s e d W i t ht h et e n d e n c yo f c o n c r e t eh o l l o wb l o c k sb e i n gu s e di nm o r ea n dm o r eh i g h r i s eb u i l d i n g s i tb e c o m e s a nt r g e n tp r o b l e mh o wt oi m p r o v et h es e i s m i cp e r f o r m a n c eo ft h ec o m m o nc o n c r e t e h o l l o wb l o c km a s o n r ys t r u c t u r e S Oi th a sb o t ht h e o r ya n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et o r e s e a r c ht h es e i s m i cb e h a v i o ro ft h ec o n c r e t eh o l l o wb l o c kw a l l s C r o s sb o r ec h a i n c o n c r e t eh o l l o wb l o c km a s o n r yw h i c h w a si n t r o d u c e di nt h i sp a p e ri san e wt y p eo f t h em a s o n r ys t r u c t u r e i th a sa d v a n t a g e so fe n e r g ys a v i n g e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n h e a ti n s u l a t i o n d r ya s s e m b l ea n dS Oo n B a s e do nt h et e s ta n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s t h ep r e v i o u sr e s e a r c hh a ss t u d i e dt h e c o m p r e s s i v eb e h a v i o ra n ds h e a rb e a r i n gb e h a v i o ro ft h ec r o s sb o r ec h a i nc o n c r e t e h o l l o wb l o c km a s o n r y H o w e v e r t h e r ei sf e wr e s e a r c ho nt h es e i s m i cb e h a v i o ro ft h e c r o s sb o r ec h a i nc o n c r e t eh o l l o wb l o c kw a l l s T h e r e f o r e t h r e es p e c i m e n so ft h ec r o s s b o r ec h a i nc o n c r e t eh o l l o wb l o e kw a l l sw i t hc o n s t r u c t i o n a lc o l u m nw e r et e s t e du n d e r c y c l i cl o a d sf o rr e s e a r c ho nt h es e i s m i cb e h a v i o ro ft h ec o n c r e t eh o l l o wb l o c kw a l l s T h ef a i l u r ep a t t e r n so ft h ew a l l sh a v e b e e nd e s c r i b e da n dh y s t e r i c a lc u r v ea n d s k e l e t o nc u r v eh a v eb e e nd r a w n S o m es e i s m i cb e h a v i o ro ft h ew a l l s s u c ha sb e a r i n g c a p a c i t y d e f o r m a t i o n d u c t i l i t y a b i l i t yo fe n e r g yd i s s i p a t i o na n ds t i f f n e s sd e g r a d a t i o n h a v eb e e na n a l y z e d A c c o r d i n gt ot h er e s u l t so ft h et e s t c o n s t r u c t i o n a lc o l u m n sa tt h eb o u n d a r ya n d i n n e rb l o c km a s o n r yw o r kt o g e t h e ru n d e rt h eh o r i z o n t a la n dv e r t i c a ll o a d i n g i th a s g o o da b i l i t y o fd e f o r m a t i o na n de n e r g yd i s s i p a t i o nd u et ot h er e s t r a i n to fo u t e r c o n s t r u c t i o n a lc o l u m n st oi n n e rm a s o n r yw a l l h o r i z o n t a lr e i n f o r c e dc o n c r e t es t r i p s w i t hc o n n e c t i o n sc a ni m p r o v eo v e r a l lw a l l se f f e c t i v e l y i ti ss h o w nt h a tt h es p e c i m e n h a v eg o o ds e i s m i cb e h a v i o r s A c c o r d i n gt o t h ef a i l u r e m o d e b e a r i n gc a p a c i t y d e f o r m a t i o nc a p a c i t ya n d r i g i d i t y t h r e e 1 i n es k e l e t o nc u r v eo ft h ec r o s sb o r ec h a i nc o n c r e t eh o l l o wb l o c kw a l l h a sb e e nd e t e r m i n e di n c l u d i n gc a l c u l a t i o nf o r m u l ao ft h ec h a r a c t e r i s t i cp o i n ti nt h i s s k e l e t o nc u r v e a n dt h i sp a p e rb u i l dt h et r i l i n e a rr e s t o r i n gf o r c em o d e lo ft h ec r o s s b o r ec h a i nc o n c r e t eh o l l o wb l o c kw a l lw i t hc o n s t r u c t i o n a lc o l u m n I l l 1 1 一 带构造f t 横孔连锁混 疑十窄心砌块埔仆抗震十牛能研究 K e yW o r d s M a s o n r ys t r u c t u r e C r o s s b o r ec h a i nb l o c k C o n s t r u c t i o n a lc o l u m n S e i s m i cb e h a v i o r I V l 硕l j 学位论文 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书 I 摘要 I I A b s t r a c t I I I 第1 章绪论 1 1 1 选题背景及意义 1 1 2 混凝土砌块建筑的应用情况 2 1 2 1 国外混凝土砌块建筑的应用情况 2 1 2 2 国内混凝土砌块建筑的应用情况 3 1 3 混凝土砌块砌体的研究状况 5 1 3 1 国外混凝土砌块砌体的研究状况 5 1 3 2 国内混凝土砌块砌体的研究状况 6 1 4 本文的主要内容和研究目的 9 1 4 1 问题的提出 9 1 4 2 主要研究内容 9 第2 章横孔连锁混凝土空心砌块 l0 2 1 砌块建筑存在的问题及解决措施 1 0 2 1 1 混凝土砌块建筑存在的问题 1 0 2 1 2 解决问题的措施 1 2 2 2 横孔连锁混凝土空心砌块 1 4 2 3 前期工作研究成果 1 7 2 3 1 横孔连锁空心砌块和砌体抗压试验 1 7 2 3 2 砌块砌体的变形性能 1 9 2 3 3 砌块砌体的抗剪试验 1 9 2 4 小结 19 第3 章横孔连锁空心砌块墙体试验研究 21 3 1 引 占 21 3 2 试验概况 2 1 3 2 1 试件设计 2l 3 2 2 试件制作过程 2 4 3 2 3 材料性能 2 5 3 2 4 试验方案及加载过程 2 5 V 带构造托横孔连锁混凝十 窄心砌块埔体抗震忡能研究 3 3 小结 2 7 第4 章试验结果及分析 2 9 4 1 试件破坏过程 2 9 4 1 1 试件破坏形态 2 9 4 1 2 试件破坏特征 3 3 4 2 试件承载力 3 3 4 3 滞回曲线和骨架曲线 3 4 4 3 1 试件的滞回曲线 3 4 4 3 2 试件的骨架曲线 3 6 4 4 耗能能力 3 8 4 5 位移和延性 3 9 4 6 刚度退化 4 0 4 7 小结 4 2 第5 章恢复力模型研究 4 3 5 1 研究恢复力模型的必要性 4 3 5 2 恢复力模型介绍 4 3 5 2 1 恢复力模型 4 3 5 2 2 恢复力模型的简化 4 7 5 2 3 恢复力模型的建立方法 4 7 5 3 横孔连锁砌块墙体恢复力模型的建立 4 9 5 3 1 骨架曲线模型的建立 4 9 5 3 2 骨架曲线特征点的确定 5l 5 3 3 横孔连锁空心砌块墙体恢复力模型 5 2 5 4 小结 5 4 结论与展望 5 5 参考文献 5 7 致谢 6 1 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 6 2 V l 硕l 学位论文 1 1 选题背景及意义 第1 章绪论 砌体结构是指用砖砌体 石砌体或砌块砌体等建造的结构 砌体结构自古至 今经历了一个漫长的发展过程 石砌体结构是最早的砌体结构 例如约公元前 2 7 0 0 年建成的埃及金字塔 是世界上现存最古老 最有名的石砌体结构 我国隋 开皇十五年至大业元年李春建造的河北赵县安济桥 为世界上现存最早 跨度最 大的空腹式单孔圆弧石拱桥 公元7 0 8 2 年建成的罗马大斗兽场 采用块石结构 平面为椭圆形 该建筑总高4 8 5 m 分为四层 可容纳5 8 万名观众 砖是人类 继天然石头之后采用的第一种人造砌体材料 砖砌体技术已有1 0 0 0 0 12 0 0 0 年的 历史 人类最早采用的砖就是直接用太阳晒干的泥砖 称为晒干砖 在巴比伦 埃及 西班牙和美洲曾有广泛应用 随着历史的发展 作为砌体结构主要材料的 砌块不断地进化 我国战国时期已能烧制长方形或方形粘土薄砖 大型空心砖和 断面成几字形的花砖等 西汉时也曾盛行烧制的大尺寸空心砖 到秦朝时我国劳 动人民采用砖石建造的万里长城成为了我国的象征 3 1 砌体结构是建筑工程中常用的结构形式 在世界各国都有极其广泛的应用 2 0 世纪上半叶 我国砌体结构发展较缓慢 解放以后 砌体结构得到迅速发展 以前在砌体结构中墙体材料以粘土砖为主 1 9 8 0 年我国砖的年产量为1 5 6 6 亿块 到1 9 9 6 年增至6 2 0 0 亿块 为世界各国砖年产量的总和 但是粘土砖的生产过 程中需要消耗大量的土地资源和能源 消耗煤炭能源的同时还产生大量的有害气 体 造成严重的环境污染 2 0 0 5 年我国人均耕地面积为1 4 亩 不足国际平均水 平的4 0 并且全国的耕地以每年10 0 0 万亩的速度递减 我国已在哥本哈根世 界气候大会上宣布 到2 0 2 0 年C 0 2 排放比2 0 0 5 年下降4 0 4 5 所以保护环 境和现有的土地资源已成为我们关注的头等大事 砖砌体还存在自重大 抗拉 抗剪强度低 变形能力小 整体性差等缺点 尤其在地震灾害中容易产生严重的 破坏 由于粘土砖的种种弊端 国家在积极推动墙体材料的改革 限制粘土砖的使 用 l9 9 2 年国务院发布 关于加快墙体材料革新和推广节能建筑意见的通知 提出 加快墙体材料革新 推进建筑节能工作是一件刻不容缓的大事 随之1 9 9 8 年建设部颁发的 关于建筑业进一步推广应用1 0 项新技术的通知 明确要求发 展混凝土空心砌块建筑体系 建设部颁布的 建筑节能技术政策大纲 中指出要 积极采用新型建材 重视节能的建筑设备产品的开发 加紧粘土砖的改造工作 带构造柱横孔连锁混凝七窄心砌块墙体抗震性能研究 减少使用能耗高的实心粘土砖 积极采用能耗少的空心粘土砖 空心砌块 粉煤 灰制品 加气混凝土 膨胀珍珠岩及其他高效保温材料 墙体材料改革的目标是要用新型墙体材料取代传统的粘土实心砖 墙体材料 改革是实施可持续发展战略的重大举措 对于节约土地保护资源和环境 改善建 筑物功能 提高建筑质量和人民居住水平 都具有十分重要的意义 也是促进住 宅产业 建筑业和建材业技术进步的必由之路 经过多年的实践 采用混凝土空 心砌块墙体己成为我国墙体改革的有效途径之一 混凝土空心砌块是在粘土砖的基础上发展起来的 是融砌体和混凝土性能于 一体的一种新型墙体材料 具有其独特的优越性 又保留了传统材料取材广泛等 特点 混凝土空心砌块节约土地资源 能耗低 折合成标准砖 生产一块混凝土 空心砌块所需的能耗不足粘土砖的一半 造价低 具有良好的社会效益和经济效 益 根据实践经验 在高耸结构中 采用砌块结构比同类的粘土砖结构造价低1 0 左右 1 砌块自重轻 强度高 有利于地基和基础处理及结构抗震 砌筑不需要 模板 砌筑工作量小 节省砂浆 施工速度快 施工工艺简单 比一般的混凝土 结构经济 一般 中高层建筑中使用19 0 m m 厚的砌块墙体可以增加房屋使用面 积3 5 实践证明 混凝土空心砌块已成为一种最具竞争力的建筑材料之一 近百年 以来 混凝土空心砌块得到了较好的发展 世界各国都在积极地推广应用 不仅 应用于多层建筑 还应用于高层建筑 应用于非抗震地区的同时也应用于抗震地 区 地震作用随机而复杂 每年因发生地震给人们的生产生活带来极大地损害 因此 如何提高砌块砌体的抗震性能成为了许多学者关注的课题 1 2 混凝土砌块建筑的应用情况 1 2 1 国外混凝土砌块建筑的应用情况 目前 在工业发达国家 粘土砖所占墙体材料的比例非常小 美国为l5 德国为1 7 日本仅为3 哺1 并且许多国家的绝大多数粘土砖都是空心砖 丹麦 波兰 法国 英国等国家都大力发展多种轻质 节能的新型墙体材料 极大地推 动了建筑体系及性能优良的新型材料的发展 在国外发达国家 混凝土砌块的研究和应用有着悠久的历史 美国在混凝土 砌块砌体研究和应用方面起步较早 应用也相当广泛 1 8 6 6 年赫契森获得了第一 个生产空心砌块的美国专利 这种砌块使墙的竖向形成了连续的孔道 1 8 9 0 年帕 尔墨最先以商业方式生产混凝土砌块 1 8 9 7 年世界上建成了第一座混凝土空心砌 块房屋 第二次世界大战之后 混凝土砌块建筑得到了快速发展 尤其在美国和 欧洲等一些发达国家 并迅速在世界范围普及 1 9 7 4 年美国生产砌块3 7 0 亿块 硕f 学位论文 混凝土块材占墙体材料的比例为3 1 1 9 7 8 年英国生产砌块1 2 l2 万m 3 在德国 小砌块6 0 7 0 年代发展较快 到1 9 7 8 年小砌块年产量1 8 5 6 万m 3 主要为轻质浮 石砌块 占墙体材料比重的3 7 8 日本砌块工业起源于第二次世界大战后 到 5 0 年代砌块工业迅速发展 从1 9 5 5 年到1 9 6 4 年 年平均增长率为2 2 7 1 9 7 2 年年产量为1 3 亿块 达到产量高峰 占墙体材料的3 3 阳1 并且砌块的发展从单 一的墙体材料向多功能性发展 现代建筑越来越明显地向高层建筑发展H 8 1 混凝土砌块在中高层建筑中也有 较多应用 同时也广泛应用于抗震地区 从2 0 世纪5 0 年代起 美国建造砌体墙 承重的高层房屋 他们总结了1 9 3 1 年新西兰那匹尔大地震和1 9 3 3 年美国加利福 尼亚长滩大地震中无筋砌体受到严重震害的经验 在世界上首先推出配筋混凝土 砌块砌体剪力墙结构体系 并将此项内容于19 4 3 年列入设计规范 至今已建立了 完善的配筋砌块砌体结构设计规范 在加拿大 从1 9 6 5 年至1 9 8 4 年期间 建成 了大约3 0 0 幢采用砌块墙体作承重墙的高层房屋 如在多伦多建造的1 1 层住宅 采用混凝土砌块承重墙 墙厚为1 9 0 m m 和2 4 0 m m 在空心砌块的4 0 的空洞内 配筋并灌浆 1 9 5 2 年以来 美国在加利福尼亚州建成了2 6 栋6 1 4 层的混凝土 砌块建筑 并先后在丹佛市建造了4 幢2 0 层的配筋砌块砌体建筑 拉斯维加斯 1 2 层以上的砌块砌体结构房屋有6 栋 1 9 9 0 年就建造了4 栋2 8 层的配筋砌块砌 体房屋 这些砌块砌体建筑大部分经历过地震的考验 表现出了良好的抗震性能 如1 9 7 1 年 美国洛杉矾发生6 9 级地震 地震区两栋地下一层 地上五层的钢筋 混凝土框架结构医院完全倒塌 其他砖木结构或钢筋混凝土结构均遭到不同程度 的破坏 但用配筋体系建造的1 0 0 多栋6 1 3 层的混凝土小砌块建筑都保持完好 1 9 7 9 年 意大利东北部非奥利城发生了9 级地震 当地一些古老的建筑和一些现 代建筑都严重倒塌 而用陶粒混凝土小砌块建造的2 4 层建筑基本保持完好 国 外研究表明配筋砌块砌体建筑具有良好的抗震性能 经过合理的设计 砌块砌体 结构完全可以应用于高层建筑旧 1 朗 混凝土砌块砌体建筑在不断的发展中 生产和应用技术渐趋成熟 砌体结构 的设计理论不断得到完善 原苏联是最早较完整建立理论和设计方法的国家 许 多国家如加拿大 德国 英国 新西兰等国家均进行了大量的研究 并制定了相 应的设计和施工规程 各种标准 建筑法规等n 3 埔1 混凝土砌块作为有很好发展 潜力的建筑材料之一 将在全世界范围内进一步发展和应用 1 2 2 国内混凝土砌块建筑的应用情况 我国砌块砌体建筑始于本世纪二十年代 1 9 2 3 年建于上海市延安中路同仁路 口的2 5 栋砌块房屋是我国现今发现最早的砌块建筑 由于当时我国水泥工业尚不 发达 混凝土砌块建筑的生产和应用发展缓慢 近几十年来 由于适应了墙体材 带构造柱横孔连锁混凝十空心砌块瑞体抗震性能研究 料改革的方向 采用混凝土 轻集料混凝土或加气混凝土 以及利用各种工业废 渣 粉煤灰 煤矸石等制成的无熟料水泥煤渣混凝土砌块或粉煤灰硅酸盐砌块等 在我国有了较快的发展 砌块种类 规格较多 其中以小型空心砌块的应用较为 普遍 六十年代末七十年代初 陕西汉中地区 贵州安顺和广西河池地区 先后 用泥砂 山砂 卵石 碎石屑与水泥生产砌块 建成了一批住宅 办公楼和教学 楼 以及少量单层厂房建筑 取得了良好的效果 因为对混凝土砌块的宣传不足 全国尚无统一的产品标准 设计与施工规程 缺少成熟的实践经验等 混凝土砌 块和砌块建筑的推广和应用基本上局限在农村和部分县城的多层民用建筑n 7 1 引 八十年代以后 经过大量的实践 人们逐渐认识到混凝土砌块建筑的优越性 同 时全国经济全面复苏 装备工业快速发展 砌块成型机生产改进加快 国家出台 产业政策鼓励发展砌块和砌块建筑 混凝土砌块的生产进入了新的发展阶段 广 西南宁在8 0 年代用砌块建成了1 0 层住宅和1 1 层的办公楼 1 9 9 6 年我国砌块的 年产量约2 5 0 0 万立方米 用砌块作墙体的房屋面积已达5 0 0 0 万平方米 近lO 年来 我国混凝土砌块与砌块建筑以2 0 左右的速度逐年递增 9 0 年代在辽宁本 溪建成1 2 万平方米的8 1 0 层住宅n 6 1 随着砌块建筑由低层向中高层发展 普通混凝土空心砌块建筑已不能满足高 层建筑的要求 由此产生了配筋砌块砌体结构 我国对配筋砌块砌体结构的试验 和研究起步较晚 经过近半个世纪的探索 配筋砌块砌体建筑发展迅速 在吸收 和消化国外成果的基础上 建立了具有中国特点的配筋混凝土砌块砌体剪力墙结 构体系 大大拓宽了砌块建筑结构在高层房屋及其在抗震设防地区的应用 1 9 9 7 年在辽宁盘锦建成的盘锦市国税局1 5 层职工住宅楼为配筋砌块砌体剪力墙结构 墙厚l9 0 m m 墙体水平钢筋配筋率为O 1 0 15 竖向钢筋配筋率为 0 1 0 3 5 该房屋与钢筋混凝土结构房屋相比 节省钢材4 3 造价降低2 2 缩短施工工期三分之一 上海市1 9 9 8 年建成1 8 层配筋砌块砌体剪力墙结构住 宅 辽宁抚顺和哈尔滨等地相继建造了高层 1 8 层 住宅楼 这些建筑都是经过多 年实践和发展 建成的我国有代表性的砌块建筑 它们反映了目前我国混凝土空 心砌块的应用和砌块建筑的发展水平 砌块工业已进入稳健 快速 协调 全面发展的时期 在墙体材料改革政策 的强力推动下 以及应用技术和经济问题等的逐步解决 承重砌块的生产及以砌 块墙体为承重墙体的多层建筑将进一步增加 同时 砌块的多功能性得到较大发 展 出现了很多装饰砌块等 如草坪矮围墙 建筑小区围墙 高架桥引桥下护墙 等 并应用在奥运公共设施的建设等方面 装饰砌块J 下快速推广 其应用范围将 会进一步扩大 砌块建筑迅速发展的同时 对砌块建筑细部构造 抗震设计 砌筑砂浆 生 产和施工机具等方面都应进行进一步的研究 开发出更适合我国 体系 使其对我国全面建设可持续发展的社会继续发挥重要的作用 1 3 混凝土砌块砌体的研究状况 随着混凝土砌块砌体建筑的不断推广和应用 对这种结构的研究也逐步深入 1 3 1 国外混凝土砌块砌体的研究状况 国外对砌块砌体结构的研究比较早 为我们提供了很多值得借鉴的资料 S c h n e i d e r 研究了墙体高宽比对砌块剪力墙的影响 认为墙体高宽比较大时 墙体 呈现弯曲破坏模式 在剪力墙两端布置足够的垂直钢筋能有效提高墙体抗弯承载 力 C l o u g h 于七十年代末通过砌块墙体的伪静力试验 对砌块墙体的剪切强度 延性 刚度衰减 阻尼以及芯柱灌浆 施工工艺等进行了系统的研究 引 日本的Y o s h i m u r a 和L i u 等人就墙体构造柱和墙体配筋形式 配筋率等方面 对砌块墙体的影响进行了试验研究 进行了1 8 片砌块墙体的伪静力试验 对比无 筋和配筋砌块砌体的抗震性能 研究表明 低剪跨比墙体延性小于高剪跨比墙体 低剪跨比墙体呈现剪切破坏模式 高剪跨比墙体呈现弯曲破坏模式 端部不设构 造柱的墙体承载力较低 进行双向 水平和竖向 配筋墙体的承载力高于只配置单 向钢筋的墙体 并对极限剪切强度进行了估计心0 2 引 S e i b l eF P r i e s t l e yMJN 等对配筋砌块砌体剪力墙结构进行了研究 对一个五 层的配筋砌块砌体房屋进行了拟动力试验 试验结果表明 在最不利的地震力作 用下 只要设计合理 大刚度的配筋砌块砌体剪力墙结构也能够具有良好的延性 并且以非弹性弯曲变形形式来耗散能量 可以避免脆性破坏模式 P r i e s t l e yM JN 进行了配筋砌块砌体悬臂墙试验 研究证明当墙体配置足够多的水平钢筋时 呈 弯曲破坏模式 并且这种墙体具有稳定的滞回特性和良好的延性 但轴压比很大 的墙以及窗间墙即使配置的水平钢筋数量较多仍会发生剪切破坏阳屯2 副 八十年代 斯洛维尼亚的Z a r n i c 和T o m a z e v i c 研究了配筋率对配筋砌块墙体侧向刚度与变形 的影响 同时探讨了合理配筋率 钢筋的工作机理和钢筋锚固等问题心引 P r i e s t l e y MJN 分别进行了一层和三层配筋砌块砌体剪力墙的抗震性能的试验研究旺引 提 出能力设计法 并将其应用于墙体的设计 得到配筋砌块砌体剪力墙以弯曲模式 破坏 该研究成果被当时的新西兰规范采纳 美国伊利诺大学 于1 9 8 9 年进行 了三层混凝土砌块房屋的1 4 缩尺比例模型振动台试验 S h i n gPB 等对配筋砌块 砌体剪力墙进行了试验研究 分析了水平钢筋和配筋率对剪力墙的开裂形式 抗 剪强度和延性等的影响 他们在科罗拉多大学进行了剪跨比为1 0 的2 2 片墙体试 验 研究了影响配筋砌块砌体剪力墙抗剪承载力和变形性能的因素 竖向荷载 水平和垂直配筋率和砌体强度等心9 3 1 9 9 3 年 M a n d e r 总结了带边框砖混剪力墙的拟动力试验 分析了结构的极 带构造柱横孔连锁混凝士窄心砌块墙体抗震性能研究 限承载力和变形状态 滞回特性和反复荷载作用下结构承载力和刚度退化状况 并指出这种剪力墙具有五种破坏模式 即边框柱由于剪力矩的作用受拉破坏 边 框柱自身的剪切和弯曲破坏 内墙的对角线开裂破坏 墙角的受压破坏和灰缝的 滑移破坏n 2 删 1 9 9 6 年 M i h a 等对3 2 片配筋砌块砌体剪力墙进行了试验研究 研究其在不同加载方式下的抗震承载力和变形性能口4 3 引 研究结果表明 单调水 平加载方式下墙体具有比循环加载方式下更高的承载力和更大的水平位移 随着 竖向力的增大 无论在何种加载方式下 墙体的抗剪承载力均得到提高 而变形 能力和延性有所降低 1 3 2 国内混凝土砌块砌体的研究状况 作为墙体材料改革的主要产品之一 国内很多学者都对混凝土砌块进行了深 入的研究 尤其是混凝土砌块砌体结构抗震方面 唐山地震之后 我国针对砌体 结构房屋进行了大量的研究 以提高其抗震性能 现阶段 在砌块墙体中设置芯 柱和构造柱 设置组合柱 设置钢筋混凝土加强带和配置水平拉结钢筋等形式较 为普遍 也是许多学者研究的重点 八十年代初期 四川省建筑科学研究所等六个单位联合进行了一百多片砌块 墙体在水平反复荷载作用下的抗震性能试验 研究了墙体的恢复力特性 配置水 平钢筋 设置钢筋混凝土芯柱及设置孔洞对墙体的影响等问题 对砌块建筑的抗 震构造措施以及结构地震反应时程分析与抗震可靠度等问题做了初步研究 提出 了芯柱砌块墙体抗剪切承载力计算公式 完成了 八度区混凝土空心砌块抗震性 能研究 H 引 施卫星和徐磊研究结构在不同地震烈度和强度下的动力特性 探讨该结构的 开裂部位和震害发展等情况 对七层的1 6 缩尺比例混凝土小型空心砌块房屋模 型进行了试验研究 根据试验结果推算足尺结构在地震作用下的反应 得到了七 层足尺混凝土小型空心砌块房屋在7 度多遇地震下 会产生裂缝 并且开裂后 结构裂缝发展迅速 自振频率急剧下降 动力放大系数减小 卓越频率较低的地 震波作用下将产生较大的位移反应的结果 同济大学等单位于1 9 7 9 年对一栋五层的粉煤灰砌块试验楼进行了反复加载 试验 研究了该建筑的动力特性 层问剪力等 吕西林 朱伯龙对三栋五层的1 4 缩尺比例的混凝土砌块模型进行了振动台试验 研究了砌块砌体结构的抗震能力 和破坏机制 引 夏敬谦和高连玉等进行了粉煤灰加气混凝土砌块墙体抗震试验和 两栋七层的1 6 缩尺比例房屋模型振动台试验 对水平配筋砌块房屋和构造柱砌 块房屋的抗震性能进行了研究 讨论了抗震措施的有效性口 1 周炳章 苗启松等人分别对1 4 缩尺比例的六层和九层混凝土小砌块房屋模 型进行了水平反复加载试验和正弦激振试验 得到剪切破坏和弯剪破坏的破坏形 硕 l 学位论文 态 0 4 1 1 周扶生 郭迅等人分别对十层1 4 缩尺比例混凝土小型空心砌块房屋模 型和两层构造柱新型混凝土砌块房屋足尺模型进行了振动台试验研究H 2 一引 由于混凝土小型空心砌块建筑的优势以及工程界在砖混结构方面取得足够的 经验 砌块建筑得到了较好的发展 目前 普遍认为设置构造柱和芯柱和配置水 平钢筋是解决砌块建筑抗震问题较为有效的措施 近年来我国除了研究普通混凝土砌块墙体试验以外 还进行了大量设置构造 柱 芯柱体系等的混凝土砌块墙体的试验 李富民 梁爱丽等通过对五片砌块墙体 的水平反复荷载试验 对设置钢筋混凝土芯柱和水平条带的混凝土空心砌块承重 墙体进行研究 分析其强度 刚度 变形及滞回特性 得到结论如下 在已配置 芯柱的基础上再加设钢筋混凝土水平条带可提高墙片的抗震承载力 并保持良好 的变形性能 引 郭家明和刘伟庆分析了芯柱 灌芯率 水平条带数量和位置等对 混凝土砌块约束砌体抗震性能的影响 对1 2 片混凝土小型空心砌块约束墙体进行 低周反复荷载试验 采用统计回归方法建立了抗剪强度公式 引 房良和禹良全等 研究了不同开孔形式的混凝土砌块约束砌体 证明小砌块约束开孔砌体具有良好 的抗震性能 唐岱新教授等对芯柱 构造柱混凝土砌块墙体进行了伪静力试验研 究 给出了抗震剪切强度和刚度计算表达式 引 杨德建 高永孚等研究了构造柱一芯柱体系混凝土空心砌块墙体的抗震性能 分析了墙体的承载力与变形能力 并对比仅配芯柱墙体 结果表明 采用集中配 筋的构造柱砌块砌体 适当配置芯柱能够显著提高其抗震能力 孙恒军进行了配筋砌块墙体在水平反复荷载作用下的试验研究 从承载力 滞回曲线和骨架曲线 延性和刚度变化等方面分析 墙体抗震性能良好 研究证 明 芯柱混凝土同砌块墙体能够较好地共同发挥作用 并基于试验结果 提出了 抗剪承载力计算公式和可以估算的弹性刚度 开裂刚度和极限荷载对应的侧移刚 度计算公式m 1 孙伟民和胡晓明等人为研究预应力砌体的抗震性能 进行了8 片不同类型的 预应力混凝土小型空心砌块砌体的水平低周反复荷载试验以及2 片普通混凝土小 型空心砌块砌体的对比试验 从砌块砌体的破坏形态 滞回曲线 延性 刚度退 化等方面分析 探讨了预应力 开窗洞以及构造措施对预应力混凝土小型空心砌 块墙体的开裂荷载 极限荷载和变形能力的影响 研究结果表明 预应力能够延 缓混凝土小型空心砌块墙体的开裂 提高砌块墙体的开裂荷载和极限荷载 预应 力混凝土空心砌块墙体的裂缝密而细 主裂缝不明显 预应力可以增大墙体的耗 能能力和延性 提高了墙体的刚度 在窗洞底部现浇水平配筋混凝土条带能有效 地抑制裂缝的产生和发展 并能提高墙体的变形和耗能能力H 引 龚进进行了七榀连锁式混凝土小型空心砌块墙体和三榀普通混凝土小型空心 砌块墙体在低周反复水平荷载作用下的抗震试验研究 研究表明 连锁式混凝土 币构迓柱横孔连锁混凝十窄心砌块墙体抗震性能研究 小型空心砌块墙体的抗剪承载力 变形能力 延性和耗能能力均优于普通混凝土 小型空心砌块墙体 采用连锁式混凝土小型空心砌块砌体形式可以有效提高混凝 土小型空心砌块砌体的开裂荷载和抗剪强度 同时得出设置构造柱的连锁式混凝 土小型空心砌块墙体的抗震性能比设置芯柱的连锁式混凝土小型空心砌块墙体好 的结论嘞1 石宏彬对十层带构造柱一芯柱体系混凝土小型空心砌块缩尺模型进行有限元 模拟 表明带构造柱一芯柱体系砌块砌体结构可以看作 框架一剪力墙结构 畸 周宏宇研究了带构造柱混凝土小型空心砌块承重墙体抗震性能 主要考虑约 束构造柱 砌块类型 竖向压力 增设芯柱 增设抗剪构造柱等因素对墙体抗震 性能的影响 通过对足尺墙体试件的水平低周反复荷载试验研究和理论分析 结 果表明 设置边缘构造柱能够较好地起到约束作用 在设置构造柱的同时 设置 适当的芯柱能够提高墙体承载力 改善墙体的脆性性质 提高墙体的延性嵋引 蒋伟对五片蒸压加气混凝土砌块墙体和一片粘土砖墙体进行了水平低周反复 荷载试验 对比了蒸压加气混凝土砌块墙体和粘土砖墙体在罕遇地震作用下的抗 震性能 得到了承载力 延性 耗能能力和刚度等的实测数据 由此分析墙体的 破坏特征和滞回特性 根据已有的砌体抗剪强度理论和计算公式 在试验数据和 分析的基础上 提出了抗震抗剪承载力计算公式 试验表明 设置钢筋混凝土构 造柱可以较好地改善砌块砌体的抗震性能隋引 周锡元 李万举等人通过对4 片足尺不同构造形式和不同结构类型的混凝土 小砌块墙体在水平低周反复荷载作用下的抗震试验 观测墙体在荷载作用下开裂 和破坏的发展过程 得出了其承载力 延性和耗能等实测数据 分析了不同构造 措施和不同结构类型的墙体的破坏形态 试验研究表明 墙体易开裂 即使墙体 能够承受的极限荷载较大 开裂位移也非常小 构造柱对墙体起约束作用 能够 有效提高墙体的承载力 增强墙体变形能力 防止开洞墙体发生脆性破坏 表现 出较好的抗震性能 加水平钢丝网片和配筋带可以进一步提高墙体的延性 对开 洞墙体的试验表明 开洞后墙体极限承载力有明显下降 构造方面需要加强 以 提高墙体延性和抗震能力喳劓 邬瑞锋 奚肖凤教授对大量带构造柱砌块墙体用有限单元法进行了理论分析 研究了柱和砌块的剪力与刚度分配问题 为墙体抗剪强度计算提供了基础资料 湖南大学施楚贤 黄靓等对一栋1 4 层底部框剪配筋砌块砌体结构1 4 模型进行了 多自由度子结构拟动力地震反应试验 成功获得了缩尺比例高层配筋砌体模型结 构在地震波作用下的结构弹塑性性能 试验结果表明 采用子结构技术对框支配 筋砌块砌体剪力墙这类复杂高层结构进行拟动力试验是可行的 底部框剪一上部 配筋砌块砌体剪力墙结构的抗震性能远好于底部框架一上部配筋砌块砌体剪力 结构的抗震性能 5 5 1 硕 I 学位论文 大量配筋砌块砌体剪力墙的抗震试验结果表明 砌块砌体剪力墙的破坏形态 与普通钢筋混凝土剪力墙相似 但存在砌体中常见的沿灰缝的阶梯形裂缝 配筋 砌块砌体剪力墙具有良好的承载力 延性 耗能能力等 1 4 本文的主要内容和研究目的 1 4 1 问题的提出 地震是一种较为常见的自然现象 地震发生后 往往给人们的生产和生活带 来巨大的影响 造成很大的损失 建筑物因地震原因倒塌是造成人们生命安全威 胁和物质损失的一个重要方面 因此 如何在这种自然灾害来临时 尽量降低损 失成为了众多学者关注的重点 一般地震波引起的水平晃动是造成建筑物破坏的主要原因 为了保证结构和 构件在地震作用下具有足够的安全度 应对其进行抗震研究 1 4 2 主要研究内容 在课题组前期工作的基础上 本文研究新型带构造柱横孔连锁混凝土空心砌 块墙体的抗震性能 本文通过试验对新型带构造柱横孔连锁混凝土空心砌块墙体进行研究 试验 设计了三片该种新型墙体 通过在墙体中设置水平钢筋混凝土带和两侧设构造柱 形成对墙体的约束 对三片该种新型砌块墙体进行水平低周反复荷载作用下的拟 静力试验 研究该种新型砌块砌体的破坏过程和形态 承载力 变形能力 滞回 特性 延性和耗能能力以及墙体高宽比对其抗震性能的影响等 初步探索该新型 砌块墙体的恢复力模型 希望能够为横孔连锁混凝土空心砌块砌体结构的推广和应用提供依据和参 考 带构造柱横孔连锁混凝十窄心砌块墙体抗震性能研究 第2 章横孑L 连锁混凝土空心砌块 2 1 砌块建筑存在的问题及解决措施 我国的混凝土砌块建筑发展迅速 但在已建成的砌块房屋中渗 漏 裂等现 象相当普遍 使得人们对混凝土砌块建筑的安全性产生怀疑 给人们在感观上和 心理上造成不良影响 不愿意接受混凝土砌块建筑 2 1 1 混凝土砌块建筑存在的问题 2 1 1 1 混凝土砌块建筑的保温隔热问题 我国的混凝土砌块建筑大多采用平顶刚性屋面结构 因建筑屋面保温隔热结 构处理不当 使砌块建筑达不到国家要求的节能建筑的规定 以往的砌块建筑一 般是采用竖孔砌块 并且多数都是采用单一砌块墙体砌筑的 而砌块墙体的保温 隔热性能较差 据计算 1 9 0 r a m 厚单排孔砌块墙体的隔热能力仅相当于1 5 0 r a m 厚砖墙的水平 这也是不能满足建筑节能5 0 的要求的一个主要因素 2 1 1 2 混凝土砌块建筑的墙体渗漏问题 混凝土砌块建筑主要在屋面和墙体两部分出现渗漏现象 屋面处通常由于裂 缝原因 导致雨水渗漏 一般来说 混凝土砌块本身是不抗渗的 若在窗台 阳 台等部位渗水 水就有可能通过砌块孔洞渗入墙体 进而渗入室内 墙体由于种 种原因开裂是引起墙体渗漏的主要原因 防止墙体开裂是能够有效防止混凝土砌 块建筑渗漏的有效措施 2 1 1 3 混凝土砌块建筑的墙体裂缝问题 混凝土空心砌块砌体是一种新型建筑体系 在我国得到广泛应用 混凝土砌 块材性和砌块力学性能方面都与粘土砖有很大区别 采用构造柱一芯柱体系 配 黄拉结钢筋和水平钢筋混凝土加强带等措施 可以提高砌体结构构件的抗弯和抗 剪能力 改善混凝土砌块建筑的脆性 使之具有良好的抗震性能 同时混凝土砌 块墙体开裂的问题受到工程界的极大关注 因为混凝土砌块墙体的裂缝宽度往往 大于砖砌块结构墙体的裂缝宽度 使得混凝土砌块建筑的推广应用受到很大影响 近年来 许多学者就混凝土砌块建筑墙体开裂的问题进行了理论和实验研究 通过工程实践和实地调查等方法 分析了混凝土砌块建筑墙体丌裂的原因 普遍 认为砌块建筑开裂的原因可分为受力开裂和非受力开裂两类 各种荷载直接作用 在墙体上 产生的墙体裂缝 可称之为受力开裂 因砌块墙体收缩 以及不均匀 沉降和温度变化等原因引起的墙体开裂 可称之为非受力开裂 1 外荷载应力引起的裂缝 外荷载应力引起墙体开裂 属于受力开裂范畴 集中力很大将会产生过大的 局部应力 在集中力下某一高度范围内 砌体可能出现横向拉应力 当其值超过 砌体抗拉强度时 会出现台阶形裂缝 这种裂缝一般出现在梁柱构件支承在墙上 时的情况下 有门 窗洞口时 较大的集中应力会沿洞口边缘对角线方向扩散传 递 洞口下角处也会产生剪应力 形成墙体斜向裂缝 2 砌块墙体收缩引起的裂缝 砌块墙体收缩裂缝主要是由砌块收缩和砌筑砂浆收缩引起的 其中 砌块收 缩变形引起的墙体开裂是主要原因 砌块的收缩有混凝土中水泥胶凝物质内部胶 质体收缩 混凝土中水蒸发引起的砌块收缩和砌块在大气中二氧化碳作用下引起 碳化收缩等三种 砌块收缩早期比较快 墙体砌筑后 由于雨水或其他原因使得 砌块再次受潮 形成二次干缩 使得墙体内部产生一定的应力 若砌筑砂浆强度 不足或某些部位灰缝不饱满时 会因墙体的抗拉和抗剪强度不足以抵抗收缩应力 造成墙体开裂 砌块砌体的弹性模量和干缩值均大于砖砌体 因此 砌块砌体的收缩应力比 砖砌体大得多 易引起墙体开裂 3 温度应力引起的裂缝 砌块砌体线膨胀系数比砖砌体大一倍多 故砌块砌体建筑对温度的敏感性比 砖砌体高得多 很容易因温度变化引起墙体开裂 但其由温度应力引起的墙体裂 缝性质和部位等与砖砌体结构房屋的开裂形状和部位相类似 主要的裂缝类型有 房屋顶层两端受力最大 沿窗口对角线形成八字型裂缝 由于斜向主拉应力强度 破坏也可能引起顶层内横墙端部和内外纵墙出现正八字型斜裂缝 靠近两端的顶 层窗间墙宽度较小时 可能出现温度作用下的水平弯曲裂缝 温差作用下 屋面 板和圈梁之间 圈梁和梁底砌块墙体之间会出现水平剪切裂缝 平屋面砌块砌体建筑在温度变化大的情况下 顶层墙体容易出现裂缝 例如 在炎热的夏季 阳光照射下 屋面的表面温度有些地区可达5 0 6 0 而此时 外墙面层的平均温度在3 0 3 5 左右 两者因温度不同会造成屋面和墙体的变 形不协调 屋面刚度较大 从而引起墙体的开裂 温度变化引起的裂缝有一定的规律 建筑物两端重中间轻 朝阳面重而背阳 面轻 房屋顶层重向下减轻 4 地基沉降引起的砌块建筑墙体裂缝 建筑物地基发生不均匀沉降时 会引起上部结构的变形 在结构内部产生附 加应力 进而导致墙体上出现垂直弯曲裂缝或剪拉斜裂缝 地质条件和所受荷载 相对较均匀的建筑物 房屋两端沉降小 中间部位沉降较大 形成 盆形沉降 带构造柱横孔连锁混凝十空心砌块墙体抗震性能研究 建筑物高度变化大 个别部位荷载相差悬殊的情况下 建筑物墙体会因差异沉降 而形成主拉应力作用影响下的斜向裂缝 开门 窗洞口的墙体中