農(nóng)房結(jié)構(gòu)性能的研究與改進

翟宏磊?黃偉?張靜輝

摘要：農(nóng)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(nóng)村的巨大經(jīng)濟損失以及人員傷亡，其直接的原因是農(nóng)村房屋倒塌。針對傳統(tǒng)農(nóng)村砌體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)措施對復(fù)合砌體結(jié)構(gòu)抗壓性能的影響。研究表明：內(nèi)藏芯柱砌體結(jié)構(gòu)的受壓承載力和延性明顯提高，也為內(nèi)藏芯柱砌體結(jié)構(gòu)在實際工程中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：內(nèi)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(xué)研究所的高云學(xué)等對我國七省近200個不同構(gòu)造的農(nóng)村民宅進行調(diào)研，闡述了幾乎所有的村鎮(zhèn)構(gòu)筑物均忽視地震設(shè)防的緊迫形式，提出了減輕我國村鎮(zhèn)住宅地震災(zāi)害的建議[1]。2004年，趙斌武、葛學(xué)禮[2，3]對我國北方傳統(tǒng)村鎮(zhèn)建筑地震災(zāi)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(gòu)造柱混凝土砌塊墻體的抗震性能試驗研究。

在此基礎(chǔ)上，普通混凝土砌塊試件（RB），內(nèi)藏方木混凝土砌塊試件（RBM），內(nèi)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(jié)構(gòu)措施對構(gòu)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(nèi)藏方木砌體試件（RBM）、內(nèi)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(dāng)試驗機指針明顯回退時，此時記錄下破壞荷載值。

2測試結(jié)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(guān)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(nèi)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(jié)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(dǎo)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(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)處于彈性應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(jié)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(nèi)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(guān)系曲線緩慢下降，表現(xiàn)出一定的延性特征。

內(nèi)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(jié)構(gòu)處于彈性應(yīng)力階段。當(dāng)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(cè)，裂縫發(fā)展。當(dāng)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(nèi)部的聲音。當(dāng)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(jié)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(nèi)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(nèi)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(xué).關(guān)于如何減輕我國村鎮(zhèn)居住建筑地震災(zāi)害的建議[J].自然災(zāi)害學(xué)報，1995（01）：47-50.

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

[3]趙斌武，葛學(xué)禮，朱立新.北方村鎮(zhèn)傳統(tǒng)建筑抗震構(gòu)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(gòu)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(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（X2018372）