新型夾芯板GSZ板墻體的抗震性能研究

殷 燕，熊 峰，黃群藝

(四川大學建筑與環境學院，四川成都610065)

1 夾心GSZ板簡介

鋼絲網架混凝土夾芯板結構體系起源于20世紀60年代，為一種新型輕質復合板材，且在90年代初就在國外廣泛應用，其構造形式見圖1。典型的鋼絲網架混凝土夾芯板由鋼筋混凝土面層、連接器和芯層材料三部分組成。面層配有雙向鋼絲網，厚度在25～50 mm之間，具有較大的強度和剛度，能承受一定荷載。連接器一般為斜插的鋼絲，具有一定的剛度，連接上下混凝土面層內部的鋼筋網，增強復合板的整體性。芯層材料擠壓填充在兩面層之間，可用保溫隔熱材料增強墻體的保溫隔熱性能。芯層可根據需要或情況選用不同的阻燃型硬質泡沫材料，如聚氨酚、聚苯乙烯和巖棉等。

圖1 鋼絲網架混凝土夾芯板一般構造圖

國內復合板主要運用于框架結構的內外填充墻，或者現有建筑的加層，也有房屋承重構件的應用，但是很少。為了將復合板廣泛用于承重構件中，必須進行各類復合板構件的大量試驗研究，才能為以后該類結構編制設計規范提供參考和依據。

鋼絲網架混凝土夾芯板芯層可根據需要或資源情況選用。本次試驗選用了成都龍郡節能建材有限公司生產的GSZ板，內填膨脹珍珠巖加壓構成的鋼絲網架芯板(簡稱GZ板)，經現場安裝后，兩面抹水泥砂漿或者細石混凝土后形成完整的鋼絲網架珍珠巖水泥夾芯板。膨脹珍珠巖顆粒內部是蜂窩狀結構，無毒、無味、不腐、不燃、耐酸、耐堿，其特點是重量輕、絕熱及吸音性能好，并且原材料豐富、價格低廉、使用安全、施工方便。為擴展GSZ板至承重墻體，本試驗提高了GSZ板的配筋率。

2 GZS板抗側力試驗

2.1 研究重點

為研究承重夾芯板(GSZ板)墻體在地震作用下的抗側力性能，采用水平側向加低周反復荷載對墻體進行來回推拉作用，通過靜力的來回推拉作用來模擬墻體在地震作用下的受力情況。

2.2 實驗設計與實施

2.2.1 構件設計與制作

本次試驗共設計了3片GSZ板墻體試件，編號為Q1、Q2和Q3。試件尺寸考慮到GSZ板廠家的生產尺寸和實際墻體的合理高寬比，其尺寸見表1，Q1的配筋構造如圖2。Q1、Q2和Q3主要變化參數為配筋率和鋼筋網格大小。試件混凝土設計強度等級為C30，實測150 mm立方體抗壓強度平均值24.9 MPa，鋼筋均采用HPB235。

2.2.2 實驗加載裝置

試驗加載裝置示意圖如圖3所示。上部利用反力墻和反力架固定千斤頂，實現雙向水平加載。千斤頂前加傳感器以反應和記錄力的大小。墻頂豎向荷載通過上下槽鋼間的豎向拉桿擰緊來實現，拉桿上連接有力傳感器，控制施加的豎向荷載。墻體底部設有槽鋼，槽鋼上均勻分布焊接鋼齒以加強槽鋼和底部墻體之間的整體性，槽鋼與實驗室地槽之間用螺栓錨固，使墻體固定?，F場安裝如圖4所示。

2.2.3 量測和加載方案

本試驗逐級施加水平荷載，根據墻體頂點水平側移，研究墻體的變形能力和滯回性能，并觀察墻體的破壞情況，得到墻體的極限荷載。水平荷載的加載采用荷載控制方式，正式加載前進行預加載，然后再進入正式加載，以20 kN的倍數施加。當荷載不能加載到達前一個荷載級別(峰值荷載)的時候，就降一個級別進行加載，直到荷載降到峰值荷載的85%，認為構件已破壞，停止試驗。

3 實驗結果及分析

3.1 實驗現象

3.1.1 Q1試件

當水平荷載在0～60 kN的加載過程中，墻體底部槽鋼邊緣上有多處細微裂縫。隨著荷載的加大，細微裂縫不斷閉合和張開，寬度有所增加，范圍延長，有裂面效應。當加載到+100 kN時墻體表面混凝土壓碎剝落，集中在槽鋼上所焊的鋼齒處，說明鋼齒處有混凝土應力集中現象明顯，鋼齒處裂縫發展如圖5所示。每一荷載級別加載時，墻體與槽鋼接觸處會有輕微脫裂，隨著荷載的增加，脫裂范圍和寬度不斷加大，最后導致墻體底部翹起并與槽鋼脫開。當加載到140 kN荷載級別時，底部槽鋼由于剛度太弱，形成反拱，造成墻體不能完全固定，形成破壞機構，停止加載。墻體底部破壞如圖6所示。

圖2 構件Q1配筋圖

表1 試件尺寸一覽表

圖3 試件加載安裝示意

圖4 現場試驗裝置

3.1.2 Q2試件

吸取Q1試件破壞原因，考慮加大墻體上下槽鋼之間的擰緊作用，使墻體與上下槽鋼之間的整體作用增強。Q2加載方式與Q1相同。當加載到160 kN荷載級別時，發現豎向拉桿出現了頸縮，證明拉桿所受應力過大。為保證試驗完成，用兩根φ20的鋼筋替換以前的M16的螺桿。加固后繼續從+160 kN開始加載，當加載到+220 kN時，發生與Q1相同的破壞方式。墻底左右兩端槽鋼脫開，槽鋼底部輕微反拱，墻體已經不能固定，于是停止加載。

3.1.3 Q3試件

Q3加載方式以及墻體破壞現象與前兩個試件相同，只是荷載級別有所提高，并且破壞狀態沒有前面兩個試件嚴重。當加載到200 kN級別、負向加載－200 kN時，因反力架強度不足，出現位移。之后改為單向加載，由反力墻端千斤頂施加。加到+260 kN時，加載端槽鋼之間的拉結鋼筋固定裝置變形失效，停止加載。

圖5 鋼齒處裂縫發展圖

3.2 頂點滯回曲線

根據墻體上邊緣正向加載端頂點的水平位移繪制三個試件的頂點力－位移曲線(滯回曲線)如圖7所示。

圖6 墻體底部破壞

從以上三個試件的頂點滯回曲線可以看出，在循環反復加載過程中的初始加載階段，試件處于彈性階段，曲線基本上都是靠近原點的直線，滯回環面積基本為零;進入非彈性階段后，滯回曲線斜率變小，剛度退化，滯回環包圍的面積逐漸增大。加載終止后，試件Q1的滯回曲線呈倒S形，存在嚴重的捏縮現象，即存在較大的剪力滑移影響，且強度和剛度都有明顯退化，所以Q1墻體的延性和吸收地震能量的能力較差。試件Q2的滯回曲線呈弓形，有捏縮現象，受到了一定的滑移影響，曲線較Q1飽滿，表明Q2墻體的塑性變形能力和吸收地震能量的能力比Q1強。試件Q3的滯回曲線也呈弓形，有捏縮現象，但更趨飽滿，說明塑性變形能力和抗震耗能能力比Q2強。試驗最終加載的最大荷載和對應的位移見表2。

表2 試驗最后結果

從實驗曲線和數據上來看，試件Q2和Q3的抗震性能比Q1好得多，Q3比Q2更好一些。Q2、Q3表現比Q1好，這是由于Q2、Q3的墻體配筋率都是Q1的兩倍左右，且試驗裝置也比Q1穩定得多，所以表現好。Q3表現比Q2好，是由于在相差不大的配筋率情況下，Q3的鋼筋網更密，且Q3試驗裝置比Q2穩定，所以Q3變現更好。

4 結論及建議

本次試驗因墻體在起連接固定的的底部槽鋼上部破壞而終止，是局部破壞，沒有取得預期的墻體本身的極限破壞。但從試驗進行過程、試驗設計參數和試驗采集的數據，依然可以得到如下幾點結論和建議。

圖7 三個試件的頂點滯回曲線

(1)三個構件從試驗開始到試驗結束，沒有觀察到夾芯層與混凝土之間的分離，說明該類鋼絲網架混凝土夾芯板結構的墻體整體性很好。

(2)在試驗過程中，墻體構件除了底部固定薄弱連接部位出現裂縫外，主體部分和墻體上部槽鋼固定處基本上未出現裂縫，證明該墻體材料本身強度較大。

(3)從三個試件的表現看來，鋼筋率和鋼筋網格的大小對墻體的表現是起促進作用的。如Q1和Q2，在相同鋼筋網格大小的情況下，配筋率越大，墻體表現更好;Q2和Q3，在配筋率相差不大的情況下，鋼筋網格直徑明顯偏小、間距偏密的墻體Q3表現更佳。

(4)表2數據顯示，從本次試驗過程中對基礎的加固措施來看，墻體連接固定的好壞對于結構的抗側能力有很大的提高作用，是墻體發揮抗震性能的重要保證。

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