帶砌體填充墻的鋼筋混凝土框架受力性能分析

魏秀瑛 張同文

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421000）

關(guān)鍵字：帶砌體；填充墻；鋼筋；混凝土；框架；受力性能

1 實(shí)驗(yàn)分析

在本研究中，我們采用的是24 個(gè)鋼筋混凝土框架，其比例為1:3 制作形成的所形成的砌筑磚墻框架，在樣品中s 為正方形框架，而R 為矩形框架，首字母之后的數(shù)字可作為慣性矩的比值，第二個(gè)字母t 是連續(xù)式框架填充墻，且屬于一種無門洞式的結(jié)構(gòu)。對(duì)不同框架外形有三組樣品，第二個(gè)數(shù)字1、2、3 分別表示該樣品在小組中的排列順序，最后字母為L(zhǎng) 表明該框架為輕質(zhì)混凝土，如果是最后字母為D 表示該樣品所承受框架平面的水平作用力，而非對(duì)角荷載，當(dāng)樣品為普通混凝土建筑而成，則最后字母為R。從材料的性質(zhì)上來看在本研究中，我們分對(duì)混凝土樣品的強(qiáng)度，砌體等多種項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)，獲取樣品的性能參數(shù)和強(qiáng)度系數(shù)等，不同混凝土制作的圓柱體檢測(cè)其強(qiáng)度對(duì)養(yǎng)護(hù)過程中需要與制作中處于同一環(huán)境下，對(duì)不同類型的填充墻進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，分別制造六片大小相同的墻體，在基于對(duì)角載荷的作用力測(cè)試墻面的剛度和強(qiáng)度，對(duì)樣品使用的砂漿進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試。從實(shí)驗(yàn)的設(shè)備上來看，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中采用的是Baldwin 樣品檢測(cè)設(shè)備，在樣品受作用兩端可以設(shè)置鋼板，能夠連接所有的數(shù)據(jù)和儀器檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將結(jié)果輸出。分析框架的平面位移也是十分重要的，可以采用線性變換進(jìn)一步對(duì)樣品對(duì)角位移進(jìn)行觀測(cè)樣品，不僅能夠觀測(cè)填充墻的位移，同時(shí)還可以及時(shí)監(jiān)測(cè)其變形度，將能夠用于判斷填充墻的分離程度在，離開角點(diǎn)位置之后可在梁柱每間隔25%的長(zhǎng)度和設(shè)置傳感器，用于檢測(cè)位移變化情況。

具體的實(shí)驗(yàn)步驟為對(duì)樣品進(jìn)行每4.5kN 荷載力逐漸增加，每級(jí)荷載情況下需要觀察樣品的裂縫程度，并且在模板圖中實(shí)時(shí)記錄裂縫檢測(cè)情況，隨著荷載作用力的增加，當(dāng)樣品產(chǎn)生較大變形后最終會(huì)使填充墻和框架都出現(xiàn)一定程度的破壞，為防止對(duì)檢測(cè)儀器產(chǎn)生的破壞程度，在樣品破壞前需要及時(shí)終止測(cè)試。

2 研究結(jié)果分析

樣品需要從加載過程逐漸到破產(chǎn)生破壞，其開裂荷載，極限荷載以及框架剛度等重要信息，具體荷載與位移之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1

我們可以發(fā)現(xiàn)在在樣品受力時(shí)存在三個(gè)重要階段，這一框架結(jié)構(gòu)有相應(yīng)的剛度值和初始值。當(dāng)填充墻產(chǎn)生第一條裂縫時(shí)，切割剛度沒有產(chǎn)生明顯的開裂現(xiàn)象，切割剛度是過程荷載和對(duì)角變形比值。最后極限剛度是結(jié)構(gòu)極限荷載和變形。

圖2為樣品，從加載到出現(xiàn)破壞之后荷載作用力與位移的關(guān)系曲線，該曲線呈現(xiàn)下列特點(diǎn)。

圖2

樣品在經(jīng)過荷載作用力到產(chǎn)生破壞需要經(jīng)過三個(gè)階段，開裂前，開裂后以及處于極限破壞過程中，如下圖所示樣品在開裂前從o 點(diǎn)到Bb 點(diǎn)中由于填充墻與周邊框架沒有實(shí)現(xiàn)緊密接觸，因此在這一階段存在明顯的傾斜，在AB 階段樣品的在受荷載作用位點(diǎn)基礎(chǔ)上會(huì)出現(xiàn)直線位移，主要是由于在該階段會(huì)使框架與受載荷角點(diǎn)實(shí)現(xiàn)緊密接觸，而使框架與填充墻出現(xiàn)彈性形變，這一形變會(huì)沿著對(duì)腳進(jìn)行并產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而會(huì)逐漸降低荷載作用力。該圖中出現(xiàn)第一條裂縫的點(diǎn)位，B 點(diǎn)從D 點(diǎn)開樣品會(huì)逐漸表現(xiàn)為非線性，當(dāng)出現(xiàn)第一條裂縫后填充墻會(huì)繼續(xù)形成裂縫，并且裂縫逐漸延伸，寬度變大，裂縫的發(fā)展是與其尺寸裂縫的發(fā)展是與其尺寸比值具有一定的，而正方形樣品中裂縫會(huì)沿對(duì)角戲演逐漸延伸，但矩形樣品中填充墻為滑移裂縫。隨裂縫產(chǎn)生會(huì)重新分布內(nèi)部的作用力，由于作用力增加在基于剪切力和彎曲作用力的共同作用下在受荷載的角點(diǎn)位置會(huì)出現(xiàn)梁柱的明顯裂紋，同時(shí)相鄰磚之間也有顯著的錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，在填充墻和框架構(gòu)件中裂縫的存在進(jìn)一步會(huì)導(dǎo)致樣品結(jié)構(gòu)剛度降低。

當(dāng)荷載值接近極限值時(shí)會(huì)沿著受壓對(duì)角線出現(xiàn)明顯的填充墻裂縫，如果此時(shí)墻體是框架與墻體存在緊密接觸，有效防止墻體變形，防止砌墻的框架脫落，當(dāng)樣品承受較大作用力之后會(huì)保留一定強(qiáng)度，從C 點(diǎn)后曲線降低在處于較低的作用力下會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大變形程度，最后的曲線依賴于樣品幾何性能和力學(xué)性能?？偠灾瑢?duì)于進(jìn)行樣品來說，其位移與荷載作用力的曲線呈降低趨勢(shì)，而對(duì)正方形樣品來說具有良好的塑性，表現(xiàn)為在CD 段處于平緩，其位移曲線和荷載作用力在第三階段位置會(huì)產(chǎn)生裂縫，相應(yīng)的角部砌體和滑移也會(huì)產(chǎn)生變形。當(dāng)梁與柱慣性矩比值顯著降低時(shí)這種這種變形程度更突出，在滑移破壞時(shí)越接近載荷角點(diǎn)的應(yīng)力部位，則會(huì)出現(xiàn)明顯的破壞程度，隨梁與柱的慣性矩比值增加會(huì)對(duì)墻體變形程度存在一定的約束性，而砌體的轉(zhuǎn)動(dòng)變形程度降低，通常當(dāng)結(jié)構(gòu)破壞模型形成前會(huì)出現(xiàn)墻體破壞和框架構(gòu)件的剪切破壞，為能夠防止樣品突然破壞對(duì)于檢測(cè)儀造成的損傷，需要在樣品徹體破壞反正破壞之前需要停止荷載力的施加，總之對(duì)于正方形樣品來說，填充墻和構(gòu)件的破壞情況會(huì)在最后階段形成嚴(yán)重破壞。當(dāng)框架柱中存在較高的慣性矩時(shí)會(huì)形成顯著裂縫，且集中在靠近荷載的框架梁上，當(dāng)樣品的梁柱慣性矩比例為一時(shí)，此時(shí)由于剪切破壞位置分布在荷載區(qū)中，且呈現(xiàn)對(duì)稱分布，當(dāng)框架梁慣性矩比例較大時(shí)此時(shí)剪切破壞裂縫會(huì)沿著沿著交點(diǎn)位置向柱位置逐漸延伸，最后這種破壞程度會(huì)隨受壓對(duì)角方向進(jìn)行破壞，對(duì)于樣品存在較大的尺寸高寬比值來說，會(huì)形成彎曲性結(jié)構(gòu)破壞并沿著受拉對(duì)角線方向產(chǎn)生破壞，進(jìn)而將出現(xiàn)剪切滑移破壞，出現(xiàn)明顯的住裂縫。

3 小結(jié)

在本研究中，我們通過對(duì)24 個(gè)樣品從加載到破壞進(jìn)行完整實(shí)驗(yàn)并得出了重要結(jié)論。影響帶填充墻框架受力性能的因素比較多，但本研究只針對(duì)框架的外形結(jié)構(gòu)與梁柱慣性距值進(jìn)行比較分析，為能夠使建筑工程設(shè)計(jì)具備更廣的適用性，之后還需研究人員對(duì)該問題進(jìn)行深入探究。