農(nóng)村房屋砌體結(jié)構(gòu)受壓性的調(diào)查與研究

翟宏磊　顧樹彬　崔一凡

摘? ? 要：論文總結(jié)了當(dāng)前北方平原地區(qū)的農(nóng)村砌體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并通過了對農(nóng)村砌體結(jié)構(gòu)房屋的構(gòu)造情況和震害情況的現(xiàn)場調(diào)查分析，進(jìn)行了對砌體結(jié)構(gòu)柱的受壓實(shí)驗，就現(xiàn)有砌體結(jié)構(gòu)的受壓承載力和延性等性能進(jìn)行理論分析，并提出磚砌房屋的研究方向和改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：砌體結(jié)構(gòu);現(xiàn)場調(diào)查;受壓實(shí)驗;改進(jìn)措施

1? 引言

自1976年唐山大地震之后的幾十年，城市建設(shè)速度進(jìn)展很快，特別是近年城市建設(shè)速度已居世界之首，但范圍廣大的村鎮(zhèn)地區(qū)的村鎮(zhèn)民用住宅，結(jié)構(gòu)布局不合理，造價較低，一旦出現(xiàn)破壞性地震災(zāi)害，村鎮(zhèn)地區(qū)的房屋便大量倒塌，人員傷亡慘重。就2008 年汶川地震對四川省都江堰、綿陽、廣元、成都等地的建筑物等造成了很大程度的破壞[1]。從災(zāi)區(qū)房屋建筑震害情況來看，磚砌體結(jié)構(gòu)破壞尤其嚴(yán)重，也因此對當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)和生活產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。此類房屋的抗震能力亟需引起人們足夠的重視。

2? 農(nóng)村房屋現(xiàn)狀調(diào)查

本次調(diào)查對唐山市農(nóng)村地區(qū)以及唐山大地震遺址進(jìn)行研究調(diào)查：

（1）農(nóng)村房屋的結(jié)構(gòu)平面布置隨意性大，房屋高寬比過大，平立面布置不規(guī)則以及出現(xiàn)縱墻設(shè)置過少等現(xiàn)象，使墻體無法承受平面內(nèi)水平地震剪力，以及在地震時容易引起偏心扭轉(zhuǎn)，發(fā)生與水平向成45°剪切破壞，在往復(fù)地震作用下形成X裂縫[2]。

（2）有些的農(nóng)村房屋沒有設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱等抗震措施，使房屋的整體剛度降低，房屋在平面內(nèi)就更易發(fā)生剪切破壞，使得房屋整體喪失承載能力房屋普遍抗震能力低，從而引起大量房屋破壞甚至倒塌。

（3）水泥砂漿強(qiáng)度不夠、建造不符合相關(guān)規(guī)范、工人砌筑質(zhì)量差是導(dǎo)致墻體破壞的一個主要原因。

3 實(shí)驗概況

3.1 試件制作

為了更加了解農(nóng)村砌體結(jié)構(gòu)的抗壓性能，本文對普通砌體試塊進(jìn)行受壓性能實(shí)驗，考察試件的抗震性能和其受壓承載力。試件尺寸為240mm×240mm×720mm。

3.2? 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(jī)指針明顯回退時，此時記錄下破壞荷載值。

4? 有限元分析

為了進(jìn)一步研究農(nóng)村砌體結(jié)構(gòu)的軸心受壓性能和破壞機(jī)理，本文在試驗基礎(chǔ)上，結(jié)合砌體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點(diǎn)，用 ABAQUS 軟件對普通砌體結(jié)構(gòu)受壓性能進(jìn)行了數(shù)值模擬分析[3]，將計算所得荷載-變形關(guān)系曲線與實(shí)測曲線進(jìn)行了比較，驗證了所采用的有限元模型參數(shù)確定方法的合理性。

4.1? 混凝土與鋼材的本構(gòu)關(guān)系

在結(jié)構(gòu)分析中，混凝土一般認(rèn)為是均勻的各向同性材料，塑性模型考慮了損傷效應(yīng)，用來模擬往復(fù)或地震作用下的混凝土結(jié)構(gòu)行為效果較好，所以，本文選用混凝土損傷塑性模型來模擬混凝土的受力性能。

鋼的本構(gòu)關(guān)系采用雙折線模型，屈服準(zhǔn)則為Mises屈服準(zhǔn)則，加固準(zhǔn)則選擇后續(xù)加固準(zhǔn)則。 根據(jù)假設(shè)，鋼的彈性模量相同，屈服后的彈性模量為E = 0.01Es，應(yīng)力 - 應(yīng)變關(guān)系仍然是線性的，泊松比為0.3。

4.2? 普通砌體試塊抗壓性能數(shù)值模擬

利用ABAQUS有限元軟件對砌體軸壓試件進(jìn)行數(shù)值模擬。

4.3? 荷載-位移曲線

實(shí)際值與模擬計算值的荷載-位移曲線如圖1所示。

荷載小于試件極限荷載時，計算荷載-位移曲線的斜率大于實(shí)測骨架曲線的斜率，當(dāng)荷載大于試件極限荷載時，計算荷載-位移曲線與實(shí)測骨架曲線符合較好。由于計算時邊界條件為理想固定約束，計算試件剛度偏大;實(shí)際試驗時試件約束較弱，試驗試件剛度較小;荷載超過試件極限荷載時，計算試件與試驗試件的剛度均開始衰減，邊界條件影響作用減弱，兩者曲線符合較好。

5? 測試結(jié)果及分析

在加載初期，試件未表現(xiàn)出明顯的開裂等特征，荷載-位移曲線近似為線性，說明此時砌體處于彈性應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)加載到140kN時，垂直微裂紋首先出現(xiàn)在試樣的軸向。隨著荷載繼續(xù)增大到205kN，試件斷裂變形發(fā)展較快，現(xiàn)階段開始向外擴(kuò)展，環(huán)筋混凝土內(nèi)部的微裂縫對鋼筋與混凝土之間的拉力和粘結(jié)力減小，表現(xiàn)為外裂縫迅速擴(kuò)大，并沿上下發(fā)展。在試件中部，磚向外膨脹，導(dǎo)致磚的外表面凸起，甚至部分磚脫落。此外，可以清楚地聽到試樣內(nèi)部的裂紋聲。此時，觀測到的荷載-位移曲線的荷載很難保持穩(wěn)定上升，位移也很難保持上升。當(dāng)荷載達(dá)到230kN時，達(dá)到試件的極限荷載。此時，試樣被壓碎。試樣的破壞明顯是脆性的。

6? 結(jié)論和建議

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查研究和實(shí)驗?zāi)M，可得出結(jié)論：（1）當(dāng)前農(nóng)村大部分房屋抗震性能低下，村民抗震設(shè)防意識薄弱，建造時未按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，急需要采取抗震措施提高其性能。（2）農(nóng)民建房大多不經(jīng)過正規(guī)設(shè)計，房屋的高寬比違反規(guī)范，擅自改動情況嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)布局不合理，構(gòu)造柱和圈梁不設(shè)或少設(shè)，房屋抗震構(gòu)造措施不到位等。農(nóng)房呈明顯脆性，抗壓抗剪能力弱、延性較低。

針對當(dāng)前農(nóng)村砌體結(jié)構(gòu)房屋建設(shè)提出建議：（1）對村民進(jìn)行地震相關(guān)知識的培訓(xùn)指導(dǎo)，以及災(zāi)害發(fā)生時的應(yīng)急措施。采用合理的結(jié)構(gòu)平立面布置。房屋的平面布置應(yīng)盡可能簡單、對稱、規(guī)則，豎向布置應(yīng)盡可能均勻少變化并且控制房屋的高度及高寬比，因為隨著砌體結(jié)構(gòu)房屋高度的增加，房屋的破壞程度加重，倒塌率增加。（2）可以通過采取內(nèi)藏芯柱[4]的方法提高砌體房屋建筑的抗壓承載力和延性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 普建明，譚曉晶.農(nóng)村磚砌體房屋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及震害分析[J].工程質(zhì)量，2017（7）：61～65.

[2] 于文，葛學(xué)禮，朱立新.四川汶川8.0級地震都江堰周邊村鎮(zhèn)房屋震害分析[J].工程抗震與加固改造，2008（4）：45～49.

[3] 朱成成. 砌體結(jié)構(gòu)水平嵌筋加固有限元分析[D].河北工程大學(xué)，2018.

[4] 劉巖，周中一，曹萬林，魏連雨.內(nèi)置芯柱組合砌體受壓承載力計算分析[J].結(jié)構(gòu)工程師，2015（2）：152～159.

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）。