08复合墙板承载力的试验研究

复 合 墙 板 承 载 力 的 试 验 研 究张 同 亿!于 庆 荣吴 敏 哲!姜 维 山!（!西 安 建 筑 科 技 大 学#!$%；天 津 大 学&$%$） 提 要 通 过!&片 复 合 墙 板 的!比 例 模 型 试 验 ， 论 述 了 复 合 墙 板 的 破 坏 形 态 及 破 坏 机 理 ， 提 出 复 合 墙 板 的 几 种承 载 力 控 制 指 标 并 给 出 了 相 应 的 简 化 计 算 公 式 ， 可 供 复 合 墙 板 设 计 及 编 制 相 关 技 术 规 程 参 考 。 关 键 词 复 合 墙 板 承 载 力 模 型 试 验()*+,-.*).,/*-!3)4(5*6,+*5)7*416*-),/)(-+81408(5)5(9，(15:2*/,26)(-+6*40(),/*)(-+81408(5)5(9(2*+1)4:)*+;.(2*.)(-+16751/1*+6*4()*+1-+*)1-(-+2:5*)/,24(54:5(22?1-4(7(41.?(2*72*)*-.*+;!#$%&(：)(-+81408(5)5(9；4(22?1-4(7(41.?；6,+*5.*) 引 言复 合 墙 板 作 为 多 层 住 宅 的 承 重 构 件 ， 具 有 施 工 方便 、 保 温 隔 音 性 能 优 良 、 抗 震 性 能 好 等 优 点 ， 在 西 欧 及美 国 已 广 泛 应 用!。 但 目 前 在 国 内 主 要 用 做 填 充 墙 ，做 承 重 墙 体 的 仍 然 极 少。 文 & 中 提 出 将 复 合 墙 板做 承 重 墙 体 ， 用 于 复 合 墙 异 形 柱 组 合 结 构 ， 并 对 复 合 墙板 做 出 如 下 改 进 ： 钢 丝 网 骨 架 由 两 片 平 行 钢 丝 网 经 斜插 钢 丝 焊 接 ， 组 成 空 间 桁 架 ； 保 温 隔 音 材 料 采 用%46厚 的 整 块 聚 苯 板 ， 不 再 拼 装 ； 内 、 外 侧 均 浇 筑46厚 混凝 土 层 ， 或 者 内 侧 抹&46厚 保 温 砂 浆 层 ， 外 侧 浇 筑 凝 土 层 ， 二 者 由 水 平 插 筋 连 接 协 同 作 用 。虽 然 文 & 中 指 出 了 此 种 复 合 墙 板 对 地 震 作 用 有超 强 抗 力 ， 但 由 于 拟 动 力 试 验 的 局 限 性 ， 没 有 也 无 法 获得 复 合 墙 板 的 各 种 承 载 力 指 标 ， 而 国 内 外 对 复 合 墙 板的 研 究 也 多 是 集 中 在 平 面 外 抗 弯 性 能 方 面 这 在一 定 程 度 上 限 制 了 复 合 墙 板 的 推 广 应 用 。 因 此 ， 复 合墙 板 的 平 面 内 受 力 性 能 ， 尤 其 是 其 承 载 能 力 的 大 小 及计 算 设 计 方 法 急 需 研 究 解 决 。本 文 针 对 复 合 墙 异 形 柱 组 合 结 构 ， 将 与 夹 芯 板 相连 的 梁 柱 视 为 其 边 框 ， 进 行 了!&片 不 同 形 式 复 合 墙 板!模 型 拟 静 力 试 验 ， 根 据 试 验 结 果 ， 分 析 了 复 合 墙 板的 破 坏 形 态 、 破 坏 机 理 及 承 载 能 力 ， 提 出 复 合 墙 板 设 计时 应 着 重 控 制 弯 曲 、 剪 切 及 界 面 滑 移 ， 并 给 出 相 应 的 承载 力 简 化 计 算 公 式 （ 对 复 合 墙 板 的 延 性 、 刚 度 等 其 他 抗震 性 能 将 另 文 探 讨 ） ， 为 复 合 墙 板 的 构 件 设 计 提 供 了 依据 ， 也 可 供 编 制 相 关 的 技 术 规 程 参 考 。二 、 试 验 概 况! 设 计取 七 层 板 式 住 宅 的 底 层 隔 户 墙 的 一 跨 作 为 试 件 原型 ， 试 件 采 用!缩 尺 模 型 ， 共!&个 ， 分 为#组 。以 第 一 组 试 件 （E!C!，E!C） 试 验 结 果 为 基 准 ，通 过 与 其 他 各 组 试 件 试 验 结 果 比 较 ， 研 究 有 无 夹 芯 层 、有 无 边 框 、 边 框 大 小 、 复 合 层 形 式 、 施 工 方 式 以 及 竖 向荷 载 对 其 承 载 力 的 影 响 ， 各 组 试 件 的 参 数 见 表!。 表!中 复 合 层 的 厚 度 分 别 指 内 侧 混 凝 土 （ 砂 浆 ） 厚 、 夹 芯 层厚 以 及 外 侧 混 凝 土 厚 ； 锚 固 形 式 指 墙 板 与 底 梁 的 锚 固钢 筋 配 置 ； 试 件 板 内 钢 丝 强 度 稍 高 ， 其 他 试件 钢 丝 的 配 置 均 相 同 ；E#C!和E#C为 装 配 整 体式 ，EC!和EC为 内 侧 砂 浆 预 制 、 外 侧 混 凝 土 现浇 ， 其 他 试 件 均 为 整 体 现 浇 。 每 组 中 两 个 试 件 的 混 凝土 强 度 不 同 ， 其 他 参 数 都 相 同 。 试 件 具 体 尺 寸 及 配 筋见 图!。图!试 件 配 筋 图 方 法水 平 反 复 荷 载 采 用 悬 臂 式 加 载 方 法 ， 试 件 在 屈 服前 后 分 别 采 用 荷 载 、 变 形 控 制 ： 首 先 按! 差G第&!卷 第 筑 结 构$!年 至 结 构 屈 服 ， 每 个 荷 载 级 别 循 环 一 次 ， 然 后 采 用 估计 屈 服 位 移 的 一 半 做 位 移 级 差 ， 每 个 位 移 级 别 循 环 三次 。 为 偏 于 安 全 ， 除 了 对 试 件!#$，%分 别 施 加&，%()竖 向 荷 载 ， 其 他 试 件 无 竖 向 荷 载 作 用$。墙 板 试 件 概 况 表!试 件编 号边 框 形 式 墙 板 形 式边 柱 断 面 配 筋 复 合 层 厚 （*+） 锚 固 形 式!$#$，%矩 形,!$ &-%./-& %!$/!%#$，%矩 形,!$ ,./-%./-$./ $!$/!&#$，% 0形1!$ &-%./-& %!$/!,#$矩 形,!$ （ 实 心 墙 ）%!$/!/#$，%无 边 柱%!$, &-%./-& %!$/!#$，%矩 形,!$ &-%./-& %!$/!2#$，%矩 形,!$ &-%./-&销 键$三 、 复 合 墙 板 的 破 坏 形 态 及 破 坏 机 理普 通 的 低 矮 剪 力 墙 常 见 的 破 坏 形 态 为 剪 切 破坏$%#$,， 而 复 合 墙 板 除 了 剪 切 破 坏 形 式 外 ， 还 出 现 了弯 曲 破 坏 和 根 部 界 面 的 水 平 剪 切 滑 移 破 坏 。 另 外 ， 由于 竖 向 荷 载 较 小 ， 即 使 是 弯 曲 破 坏 和 剪 切 破 坏 ， 试 件 也出 现 了 微 量 水 平 滑 移 。由 于 夹 芯 板 内 配 筋 率 较 低 ， 复 合 墙 板 抗 弯 承 载 力的 大 小 主 要 取 决 于 竖 向 荷 载 的 大 小 及 边 框 主 筋 的 数量 ， 抗 剪 承 载 力 主 要 取 决 于 夹 芯 板 内 水 平 钢 丝 的 配 筋率 、 混 凝 土 的 强 度 及 边 框 断 面 的 大 小 ， 抗 滑 移 承 载 力 主要 取 决 于 竖 向 荷 载 的 大 小 、 边 框 主 筋 的 数 量 及 夹 芯 板内 直 接 受 锚 固 的 竖 向 钢 丝 数 量 。 为 便 于 论 述 ， 将 试 件根 部 断 面 的 抗 弯 承 载 力 记 为!3， 抗 剪 承 载 力 记 为3，抗 滑 移 承 载 力 记 为4， 加 载 点 高 度 记 为#（ 如 果 构 件中 出 现 反 弯 点 ，#为 反 弯 点 高 度 ） 。试 件!$#$，%的 边 框 主 筋 数 量 较 少 ， 根 部 竖 向 压力 很 小 ， 致 使!3#4且!3#3， 发 生 弯 曲 破坏 ， 如 图%（5） ，（6） 所 示 。 实 际 破 坏 位 置 出 现 在 锚 筋 顶部 还 是 锚 筋 底 部 ， 与 锚 筋 的 配 置 及 施 工 质 量 有 关 ， 设 计时 应 该 加 强 锚 筋 ， 以 避 免 破 坏 形 式 （5） 出 现 。试 件!%#$，%，!,#$，!/#$，%，!2#$，%根 部竖 向 压 力 很 小 ， 边 框 内 主 筋 数 量 较 少 或 者 夹 芯 板 内 直接 受 锚 固 的 钢 丝 数 量 较 少 ， 在 反 复 荷 载 作 用 下 ， 墙 板 根部 水 平 缝 向 左 右 交 替 延 伸 ， 使 得 抗 滑 移 界 面 的 面 积 逐渐 减 小 ， 抗 滑 移 能 力 随 之 逐 渐 下 降 ， 最 终 降 到 其 下 限 值4， 而4#!3#且4#3， 试 件 发 生 界 面 剪 切 滑 移破 坏 ， 如 图%（*） ，（7） 所 示 。 实 际 破 坏 位 置 取 决 于 锚 筋的 配 置 和 直 接 受 锚 固 的 竖 向 钢 丝 的 数 量 ， 设 计 时 应 合理 配 置 锚 筋 ， 避 免 破 坏 形 式 （7） 出 现 。试 件!#$，%根 部 受 到 的 竖 向 压 力 较 大 ， 试 件!&#$，%的 边 框 主 筋 数 量 增 多 ， 构 件 的 各 种 承 载 力 都有 所 提 高 ， 但 是 其 抗 弯 承 载 力 增 大 幅 度 大 于 抗 剪 承 载力 的 增 幅 ， 使 得3#!3#且3#4， 破 坏 形 式 以 剪切 为 主 ， 如 图%（8） ，（9） 所 示 。图%复 合 墙 板 破 坏 形 式综 合 上 面 的 讨 论 可 知 ， 设 计 时 应 合 理 把 握 复 合 墙板 三 种 承 载 力 的 相 对 关 系 ， 使 构 件 发 生 弯 曲 破 坏 ， 并 具有 较 高 的 承 载 能 力 。 建 议 通 过 适 当 的 配 筋 和 相 应 的 构造 ， 控 制3$.&!3#且4$.$!3#， 以 达 到 设 计目 的 。四 、 复 合 墙 板 的 承 载 力 分 析 与 计 算$:复 合 墙 板 的 承 载 力 分 析表%给 出 复 合 墙 板 开 裂 、 屈 服 及 极 限 荷 载 。 为 了直 观 、 合 理 地 比 较 各 种 复 合 墙 板 的 承 载 力 ， 以 复 合 墙 板!$#$的 开 裂 （ 极 限 ） 荷 载 的 平 均 值 为 基 数 ， 将 其 他 试件 开 裂 （ 极 限 ） 荷 载 的 平 均 值 与 其 相 除 ， 得 到 的 比 值 再除 以 二 者 混 凝 土 强 度 的 比 值 ， 可 得 试 件 的 “ 综 合 性 能比 ” ， 列 入 表%。 用 “ 综 合 性 能 比 ” 比 较 试 件 的 强 度 指标 ， 剔 除 了 混 凝 土 强 度 的 影 响 ， 可 以 更 科 学 合 理 地 反 映试 件 承 载 力 的 优 劣 。 由 表%中 数 据 可 得 到 如 下 结 论 ：（$） 带 框 复 合 墙 的 承 载 力 性 能 优 于 相 应 的 实 心 墙 ，所 以 ， 构 件 设 计 时 将 带 框 复 合 墙 简 化 为 相 同 混 凝 土 厚度 的 实 心 墙 是 可 行 的 ， 也 是 偏 于 安 全 的 。（%） 边 框 增 大 ， 对 墙 板 的 约 束 作 用 增 加 ， 可 以 使 试件 承 载 力 提 高 。（&） 无 边 框 复 合 墙 板 的 承 载 力 较 低 ， 其 开 裂 荷 载 仅为 有 边 框 复 合 墙 板 的,;左 右 ， 极 限 荷 载 仅 为 其;左 右 。（,） 两 侧 等 厚 混 凝 土 层 的 复 合 墙 板 承 载 力 性 能 优于 一 侧 混 凝 土 、 一 侧 砂 浆 的 复 合 墙 板 。（/） 竖 向 荷 载 作 用 下 ， 复 合 墙 板 的 强 度 有 较 大 提 高 ，但 竖 向 荷 载 的 增 量 与 试 件 承 载 力 增 量 呈 非 线 性 关 系 。?+，*，*4 （.）将 实 测 最 大 水 平 荷 载*4=&77?(&9*22*，0-（-） 良 网 架 水 泥 聚 苯 板 承 重 建 筑 设 计 技 术 研 建 筑 材 料 ，*222，*-.,6张 同 亿 墙 异 型 柱 组 合 结 构 抗 震 性 能 试 验 研 建筑 科 技 大 学 学 报 ，-（-） 坡 ， 徐 土 夹 芯 板 内 力 与 变 形 分 力 学 ，*225，增 ， 苏 幼 力 混 凝 土 夹 芯 板 正 截 面 承 载 力 分 力学 ，*221， 增 刊./6林 子 臣 ， 孙 纲 轻 质 板 的 正 截 面 抗 弯 性 结 构 ，*22/，）B7&J?A$(B$8B($(?B$(8&$8$C(9!8(!9BH&!9*225，20（0）B7&J?A9*220，,2（0）.*36张 同 亿 整 体 式 复 合 墙 板 抗 震 性 能 试 验 研 建 筑科 技 大 学 学 报 ，-（0）.*6张 同 亿 复 合 墙 板 抗 震 性 能 试 验 研 建 筑 科 技 大学 学 报 ，-（