開窗洞砌體墻片擬靜力試驗研究

陳國輝　胡景波

摘 要：為了研究開窗洞砌體墻片的抗震性能，該文依據北川電信局職工住宅樓底層開窗洞的縱墻設計了一組開窗洞的墻片，通過現澆樓板把3片平行布置的墻片連接到一起建立模型。在樓板上施加配重模擬上部5層荷載，使其與原型結構具有相同的軸壓比。在墻片的一端施加低周水平反復荷載進行擬靜力試驗。獲得開窗洞墻片在分級水平荷載作用下的破壞形態和抗力特性，并提煉了反映墻片本構關系的骨架曲線。研究結果表明：開窗洞口高度范圍內的墻肢易發生剪切破壞，在結構設計中應引起足夠的重視，加強其抗剪強度；洞角處應力集中，墻體容易在此處出現階梯型裂縫，若想提高砌體的開裂荷載應在洞角處加強構造措施；豎向正應力對砌體的破壞形態和承載力有重要影響。

關鍵詞：擬靜力試驗 抗剪強度 骨架曲線 剪切破壞

中圖分類號：TU36 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（c）-0075-05

Abstract：In order to study the seismic performance of masonry walls with window openings， according to the bottom longitudinal wall with window openings of Beichuan Bureau staff residential building ，we design three pieces wall with window openings， arranged in parallel way and connected by cast-in-place floor to be a model. The counterweight in the simulation of the five layer floor apply on the floor so that the model has the same axial compression ratio with the prototype structure. In order to obtain the failure model and resistance characteristic of the window opening wall under the horizontal load， and the skeleton curve of the constitutive relation，low cyclic horizontal load is applied at one end of the wall to perform quasi static test. The results of the test show that：within the height range of the window openings wall limb， shear failure easily occurs. We should pay enough attention to it in the structural design，and strengthen the shear strength of wall limb； stress concentrated in hole corners，and ladder type cracks are easy to appear here.If you want to improve cracking load of the masonry，measures to strengthen the structure should be taken in the openings angle；Vertical normal stress of masonry has important influences on the failure patterns and bearing capacity.

Key Words：Quasi static test；Shear strength；Skeleton curve；Shear failure

砌體結構作為傳統的建筑形式，在我國學校、醫院、辦公和住宅中發揮著舉足輕重的作用。近年來尤其是在汶川地震和廬山地震中，大量砌體結構倒塌或者成為“站立廢墟”，這些嚴重的震害特征暴露出砌體結構抗震設計上仍存在不足，還需進一步開展研究工作。在地震中，砌體結構主要承受水平慣性力作用。由于墻體材料為脆性，整體性能差，使得砌體結構應力分布不均勻，而在砌體結構上開洞更加劇了應力分布的復雜性。該文擬模擬北川電信局職工住宅樓底層一開窗洞縱墻建立墻片模型，研究低周反復荷載作用下開窗洞砌體墻片的力學性能和破壞特征，為改善開洞砌體墻片的抗震性能，以及對砌體結構進行加固提供合理科學的參考依據。

1 開窗洞墻片模型的設計制作

該文采用的模型是將北川電信局職工住宅樓底層開窗洞的縱墻經過1/5縮尺而得，經過縮尺后的墻片尺寸如圖1所示。墻片兩端和中間各設置一根尺寸為48 mm×48 mm的構造柱，縱筋為4Φ4，箍筋為Φ1.5@40；模型配制的混凝土為C20；底座采用的混凝土強度等級C20，鋼筋等級Q235。為減少試驗中偶然性誤差和個體差異的影響，3片墻片平行布置并通過現澆混凝土樓板相連建立模型，其中A墻片位于南側，B墻片位于中間，C墻片位于北側。

2 模型材料力學性能

該模型采用的砌塊材料為小型混凝土砌塊，該砌塊采用質量配合比1∶4（水泥∶砂）的水泥砂漿制作而成，其尺寸是依據標準砌塊按照1/4相似比縮尺所得。標準砌塊的尺寸為390 mm*190 mm*190 mm，縮尺后模型所用的砌塊尺寸為98 mm*48 mm*48 mm，芯孔尺寸為35 mm*30 mm*48 mm，孔洞率為45% 。為了模擬原型結構實體墻，該模型采用質量配合比為1∶5（水泥∶砂）的水泥砂漿將小型混凝土砌塊的芯孔填實；砌筑砂漿的質量配合比為1∶4∶1（水泥∶砂∶水）；樓板和構造柱采用的C20的質量配合比為1∶1.3∶3.1（水泥∶砂∶石子）。依據文獻[2-5]，我們分別進行混凝土空心砌塊抗壓強度試驗、灌孔砂漿立方體抗壓強度試驗、砌筑砂漿立方體抗壓強度、混凝土立方體抗壓強度試驗和砌體試件抗壓強度試驗，試驗結果見表1，依據試驗結果，混凝土砌塊抗壓強度為4.4 MPa；灌孔砂漿的立方體抗壓強度為3.5 MPa；砌筑砂漿的立方體抗壓強度為4.0 MPa；混凝土的立方體抗壓強度為12.7 MPa；其中砂漿立方體試件抗壓強度是以3個試件測值的算術平均值的1.3倍（f2）作為該組試件的抗壓強度平均值（精確至0.1 MPa）。