農房結構性能的研究與改進

翟宏磊?黃偉?張靜輝

摘要：農房的建造基本為自建，抗震能力十分薄弱并且地震帶給我們的是農村的巨大經濟損失以及人員傷亡，其直接的原因是農村房屋倒塌。針對傳統(tǒng)農村砌體結構的脆性，其剪切，抗壓和抗彎強度很低。為了提高其性能，在房屋結構中采用鑲嵌柱體來增加其抗壓，抗剪等性能。并通過實驗加以證明，比較不同結構措施對復合砌體結構抗壓性能的影響。研究表明：內藏芯柱砌體結構的受壓承載力和延性明顯提高，也為內藏芯柱砌體結構在實際工程中的應用提供理論依據(jù)。

關鍵詞：內藏芯柱；抗震性能；工作機理；理論依據(jù)

引言

1995年，國家地震局工程力學研究所的高云學等對我國七省近200個不同構造的農村民宅進行調研，闡述了幾乎所有的村鎮(zhèn)構筑物均忽視地震設防的緊迫形式，提出了減輕我國村鎮(zhèn)住宅地震災害的建議[1]。2004年，趙斌武、葛學禮[2，3]對我國北方傳統(tǒng)村鎮(zhèn)建筑地震災害作用情況下的破壞形式及原因，提出了改進措施。2012年，周中一，曹萬林，董宏英等[4]進行了一種帶構造柱混凝土砌塊墻體的抗震性能試驗研究。

在此基礎上，普通混凝土砌塊試件（RB），內藏方木混凝土砌塊試件（RBM），內藏方鋼管混凝土柱混凝土砌塊試件（RBG）被使用。組合砌體單元受壓性能試驗主要研究不同結構措施對構件的抗震性能及其受壓承載力的影響。

1 實驗概況

1.1試件制作

3個試件分別為普通砌體試件（RB）、內藏方木砌體試件（RBM）、內藏方鋼管混凝土柱砌體試件（RBG）

1.2加載方案

抗壓試驗采用均勻連續(xù)加荷方法，加載速度為5KN/s，且避免沖撞，當試驗機指針明顯回退時，此時記錄下破壞荷載值。

2測試結果及分析

2.1破壞狀況

普通混凝土砌體試件：

試件在加載的初始階段，試件未出現(xiàn)開裂等明顯特征，荷載-位移曲線近似線性關系，說明此時砌體處于彈性受力階段。加載至160kN時，試件軸向首先出現(xiàn)豎向細微裂縫。隨著加荷的繼續(xù)，達205kN時，試件裂縫在這一階段變形發(fā)展更快，混凝土內部開始出現(xiàn)微裂縫向外膨脹，鋼筋受到環(huán)向拉力同時鋼筋與混凝土之間粘結力降低，外部裂縫表現(xiàn)出迅速加寬并且上下發(fā)展至沿灰縫貫通，成為試件破壞的主要裂縫。試件中部磚向外膨脹導致磚表皮外鼓甚至部分將要剝落，并且可以清晰聽見試件內部的碎裂聲。加載至230kN時，達到試件極限荷載，試件被壓壞，試件的破壞呈明顯的脆性。

內藏方木混凝土砌體試件：

試件在加載開始時沒有發(fā)現(xiàn)肉眼觀察到的裂紋，“載荷-位移”曲線近似于直線狀態(tài)，表明砌體結構處于彈性應力狀態(tài)。當加載到190kN時，在試件上部中間首先出現(xiàn)垂直細裂紋，然后隨著載荷的增加裂紋沿垂直灰縫進行，試件的軸向變形逐漸加速。當加載到280kN時，試件的裂縫和變形發(fā)展得更快，垂直接頭上下延伸并部分穿透。試驗片的角磚向外擴展，皮膚的外鼓甚至部分剝離。當負載緩慢地繼續(xù)到316kN時，達到試件的極限載荷，力不再增加，位移急劇增加，并且試件瞬間被破壞。試驗結束后，外包的混凝土被剝掉，中心的方木從中間被壓碎。方木能夠與混凝土配合工作性能良好。一般來說，在內藏方木后，混凝土磚砌體試件的抗壓性能得到提高，裂縫發(fā)展速度減慢，破壞前的荷載-位移關系曲線緩慢下降，表現(xiàn)出一定的延性特征。

內藏方鋼管混凝土柱砌體試件：

在加載的初始階段，荷載-位移曲線近似為線性，并且砌體結構處于彈性應力階段。當加載到500kN時，第一個垂直微裂紋出現(xiàn)在中心線的立面上。隨著加載的繼續(xù)，新的小垂直裂縫開始出現(xiàn)在另一側，裂縫發(fā)展。當加載到720KN時，慢速裂縫發(fā)展得更快，垂直接頭向上和向下延伸并部分穿透。試件的角磚向外擴展，皮膚的外鼓甚至部分剝離，可聽到試件內部的聲音。當835kN連續(xù)加載時，達到試件的極限載荷，力不再增加，并且位移急劇增加，試件斷裂。試驗后，剝離試驗片外層的混凝土，發(fā)現(xiàn)方鋼管混凝土柱的上下端有圓周凸起。與RB和RBM試件相比，RBG試件顯著提升了延性破壞特性，并且開裂載荷和極限載荷得到顯著改善。

3結論

（1）普通混凝土砌體的抗壓承載力較差，試件的損傷呈現(xiàn)明顯的脆性，容易發(fā)生破壞。

（2）與普通混凝土砌體試件相比，帶方木的混凝土砌塊試件的極限抗壓承載力平均提高了37.39%，帶方鋼管的混凝土砌塊試件的極限抗壓承載力平均提高了221.74%；說明內藏芯柱混凝土砌塊砌體的承載力均優(yōu)于普通混凝土砌塊砌體。

（3）在內藏方鋼管混凝土試件的加載過程中，芯柱與砌體之間沒有明顯的分離，工作性能好，穩(wěn)定性好。

參考文獻：

[1]高云學.關于如何減輕我國村鎮(zhèn)居住建筑地震災害的建議[J].自然災害學報，1995（01）：47-50.

[2]葛學禮，范迪璞.村鎮(zhèn)建筑震害與抗震技術措施[J].工程抗震與加固改造，2001（1）：43-48.

[3]趙斌武，葛學禮，朱立新.北方村鎮(zhèn)傳統(tǒng)建筑抗震構造措施[J].遼寧建材，2004（4）：66-67.

[4]周中一，曹萬林，董宏英，等.一種帶構造柱混凝土砌塊墻體抗震性能試驗研究[J].地震工程與工程振動，2012，32（3）：86-91.

本論文受資助于華北理工大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（X2018372）