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配BFG蒸压砂加气混凝土砌块 轻质砖填充墙框架抗震性能试验




1.2.3玄武岩纤维格栅应用于砌体结构存在的问题

(1)玄武岩纤维存在的问题

虽然玄武岩纤维的在无损状态下的抗拉强度很高,但是玄武岩纤维的抗拉强度利用率较低,由于玄武岩纤维脆性十分大,表面极易受损,一旦受损在拉力的作用下就很容易发生断裂破坏,极大的降低了玄武岩纤维的抗拉强度利用率,在实际的工程应用中很难达到理想的效果。

戴清如[27]等进行了纤维编织网增强混凝土基本力学性能试验研究,通过对玄

武岩纤维及碳纤维拉伸试验,得出玄武岩纤维抗拉强度低于碳纤维。通过扫描电镜观察,发现在相同的编织和运输条件下,碳纤维单丝表明比较完整平滑,而玄

武岩单丝表面存在大量瑕疵。所测纤维单丝直径在1017μm之间大幅变化,而碳纤维单丝直径变化幅度小,均在7μm左右。说明玄武岩纤维不论是生产技术还是

编织工艺均不佳,这是玄武岩纤维束强度利用率较低的原因。同时该研究还分别对配有碳纤维和玄武岩纤维编织网格的高性能精细混凝土薄壁小板进行了弯曲试验,观察破坏过程,分析破坏结果。试验结果表明,碳纤维破坏断面平齐,破坏由拉应力超过纤维单丝抗拉强度引起,说明碳纤维单丝主要为拉坏;玄武岩纤维单丝虽然进行了环氧树脂浸渍,但是与混凝土的界面粘结性能不好,纤维单丝破坏时受力不均匀,不能充分发挥抗拉强度,极大的影响纤维束的抗拉强度;通过破坏断面发现一根玄武岩纤维束中只有少数几根纤维单丝是拉断破坏的,大部分单丝受剪破坏;还观察到玄武岩纤维单丝表面存在鱼鳞状刻痕,这是因为纤维单

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第一章绪论

丝在受拉拔作用过程中,周边纤维单丝的摩擦力使其表面受损,说明玄武岩纤维脆性十分大,表面极易受损。以上几点都极大的降低了玄武岩纤维抗拉强度的利用率,和所测试验结果吻合。

通过对玄武岩纤维格栅本身性能的研究发现,玄武岩纤维格栅本身脆性较大。可以通过两个方面进行改善,一是使用前进行表面处理;二是优化生产工艺。

(2)玄武岩纤维格栅增强砌体结构的应用亟需解决的问题1)玄武岩纤维格栅与砂浆的粘结性能研究

目前针对玄武岩纤维网格增强混凝土的弯曲力学、抗压、抗拉有不少的试验研究,但是对于玄武岩与砂浆的粘结性能研究基本没有,而发挥纤维格栅抗拉强度的最关键因素就是纤维格栅与砂浆的粘结力。

2)玄武岩纤维格栅增强砌体结构的基本力学试验研究

目前针对于玄武岩纤维研究较多还是应用于混凝土增强材料的研究,对于玄武岩纤维格栅增强砌体结构的抗压、抗剪、弯曲抗拉试验研究几乎没有。

3)高性能砂浆的研究

目前针对于高性能精细混凝土较多,大多研究开发高性能精细混凝土以提高混凝土与纤维格栅的粘结力,而进行高性能精细砂浆用以提高与纤维格栅的粘结力几乎没有。

1.3填充墙框架抗震性能研究现状1.3.1填充墙与框架连接方式

目前,填充墙与主体框架的连接方式主要有三种,即刚性连接、柔性连接、完全脱开。刚性连接方式是指填充墙和框架之间紧密接触。柔性连接方式是指填充墙和框架之间预留缝隙,缝隙之间设置拉结筋。完全脱开连接方式是指填充墙和框架之间预留缝隙,缝隙之间不设置任何连接。

(1)刚性连接

实际工程中,刚性连接方式主要做法是与柱紧靠砌筑不留缝隙且用砂浆填实,与顶梁采用斜砌或砂浆填实的连接方式,其平面内会受到与框架接触面所传递的挤压力、剪力,平面外也主要依靠挤压力、剪力保持稳定。这种连接方式增强了框架的承载能力,能够承受较大的侧向力,但同时也会对框架结构承载力产生影响,从而导致框架结构发生非预期的破坏形态。如:地震作用下,由于填充墙的布置不当,可能改变结构的自振周期,改变结构的地震应力,重新分配结构的侧向刚度,导致局部可能发生破坏,降低了整体抗震性能;在地震作用下框架发生侧向变形时,填充墙会对框架产生附加内力,填充墙会对侧向框架产生斜向压力,加大柱中间部分所承受的地震剪力,导致柱发生剪切破坏。填充墙对框架提供侧向刚度的同时,填充墙本身也会受到很大的损害,导致平面内和平面外同时地震作用或者风荷载作用下,填充墙可能会发生出平面方向严重破坏甚至倒塌。

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中国地震局工程力学研究所硕士学位论文

(2)柔性连接

填充墙与框架的柔性连接方式是填充墙与框架脱开一定的缝隙,根据《砌体

结构设计规范》GB500032011规定,沿柱高度每隔500mm配置2根直径为6mm

拉结筋连接,这种连接与框架无接触面不传递挤压力、剪力,降低了墙体对框架刚度的影响,同时由于与柱设置拉筋,增加墙体的侧向变形能力以及抗倒塌能力。

(3)完全脱开连接

采用与框架完全脱开时,根据《砌体结构设计规范》GB500032011规定,填

充墙与框架采用脱开的方法时,填充墙两端与框架柱、填充墙顶面与框架梁之间

留出不小于20mm的间隙,同时在填充墙的端部应按规范要求设置构造柱,当墙体高度超过4m时还应该在中部设置与柱连接的水平系梁,这种做法施工比较复

杂,且与框架柱、梁没有连接,在水平地震作用下很可能发生出平面外破坏和倒塌。

1.3.2填充墙框架平面内抗震性能研究现状

由于填充墙与框架存在的相互作用,引起了国内外大量学者的关注,对填充墙框架结构展开了大量深入而细致的研究。由最开始的填充墙横杆支撑简化模型的研究到目前填充墙与框架连接方式的研究,研究的内容和方法多种多样,对不同的砌筑材料、不同砌筑形式、不同连接方式都有相关的研究。

国外从20世纪50年代就开展了填充墙平面内受力性能的研究,Polyakov等

[5253]通过对钢框架填充墙模型进行试验,研究了填充墙对结构承载力的影响,提

出用一个对角撑杆代替填充墙的概念,把填充墙面内受力时,看作为一个对角受压的撑杆,与框架共同抵抗水平荷载。利用此等效撑杆模型,可以非常方便地在大型结构分析中考虑填充墙对框架的作用,大大提高了结构分析效率,也得到大多数研究者的认可。

Holms[54]通过大量试验研究,提出了填充墙等效撑杆模型的有效宽度计算方

法,该有效宽度主要取决于填充墙的高厚比和高宽比,并提出用等效压杆理论来计算结构的变形和承载力。

StaffordSmith[5556]采用能量和静力平衡方法,考虑填充墙和框架的相互作用,

并提出分别计算填充墙和框架的承载能力来评价填充墙整体承载能力。利用弹性理论方法证明了等效撑杆的有效宽度是关于填充墙框架相对刚度比的一个函数。给出了一个有效宽度表达式,并通过大量试验结果验证修改了计算公式,使计算公式与试验结果值吻合较好。

随后大量研究学者RiddingtonandSmith[57]、EIHaddad[58]、MehrabiandShing[59]

等结合有限元分析方法提出提出了分析方法以及填充墙框架接触模型,但分析都太复杂很难实际应用,但对填充墙框架相互作用也有了更深一步的研究,也很难解决填充墙框架局部受力的影响。

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第一章绪论

EIDakhakhni等[60]提出了三撑杆模型,该模型能够更加全面了解填充墙对框

架的影响,通过极限状态分析方法得到了各个撑杆的相关参数,较为真实地反映了框架构件的弯矩和剪力分布特点,同时干模型解决了单撑杆模型计算结果与墙体实际破坏时应力分布的差异问题,更接近与真实的填充墙框架受力情况。

我国针对于填充墙平面内受力性能的研究比较晚,最早的平面内试验在20世纪60年代左右,彭克中和尹之潜[28]进行了填充墙框架结构试验,研究了填充墙对

结构抗侧向刚度的影响,并认为填充墙对结构的抗侧刚度近似等于框架和填充墙

刚度之和再乘以一个折减系数。系统研究在80年代左右,1980年吴绮云[29]等人进

行了纯框架和框架砖填充墙结构单向和反复作用下框架和填充墙的破坏试验,研究了填充墙和框架的相互作用影响,并提出了框架弹性到破坏三个阶段的刚度计算公式,同时给出了构件恢复力模型以及特征参数。

童岳生和钱国芳等人[3032]进行了大量的砖填充墙结构单调加载和循环加载试

验,得到了纯框架和砖填充墙框架的滞回曲线,给出了计算开裂荷载以及计算荷载的方法,并对其进行了对比分析,提出了按层间剪切模型的弹塑性地震反应分析计算方法。

沈聚敏等人[33]通过对开门洞和未开门洞的砖填充墙框架进行了拟动力试验,