加气混凝土砌体的抗震性能的研究

加气混凝土砌体对混凝土框架的抗震性能的研究
李英鑫
中南大学土木工程学院
摘要：加气混凝土不以粘土为原料,是一种很有发展前途的新型建筑材料，其承重砌块住宅结构体系是一种很有发展前途的承重结构体系。

本文通过相关文献研究分析墙体的是否开洞以及开洞大小、不同高宽比和竖向压应力对墙体破坏形态和抗震性能的影响。

具体分析了加气混凝土砌体充当不同的组合结构的抗震性能。

分析结果表明,虽然加气混凝土砌块的强度比较低,抗剪强度略小,但该种墙体的延性较好,可以用于低层住宅结构体系的承重墙体，同时构造柱和系梁限制砌块裂缝的产生和发展，砌快的脆性性质得到改善，提高砌快的力学性能；通过合理的构造措施使加气混凝土砌块组合结构的抗震性能得到提高。

关键词：加气混凝土砌体砌块抗震性能填充墙混凝土框架加气混凝土砌块轻质、节能、保温、造价低等特点，作为一种代替粘土砖的墙体材料已经广泛应用于建筑的填墙、维护墙和隔墙中。

而研究表表明，周边刚性连接的砌体填充墙与框架结构相互作用，对结构整体抗震想能产生不可忽略的影响；而柔性连接，即通过在填充墙与框架柱之间设置足够宽度的缝槽，隔离两者间的相互作用，或在填充墙中设置多条具有一定宽度的竖向缝槽，减弱填充墙的约束效应，也同样对结构抗震性能有影响。

为了在我们建筑结构中更好的应用加气混凝土砌体，我们有必要对其抗震性能进行研究。

1 加气混凝土砌快抗震性能影响因素
加气混凝土的抗震性能的影响因素有很多。

比如是否开洞以及开洞大小、砌体的高宽比、竖向应压力、墙体与框架连接的构造等。

我们这里就主要研究是否开洞以及开洞大小、砌体的高宽比、竖向压应力、墙体与框架连接这四种要素对加气混凝土砌块抗震性能的影响。

1.1加气混凝土砌块是否开洞及其开洞大小对其抗震性能的影响
经研究发现，不开洞的砌体墙体在加载荷载到其破坏的过程中其抗震性能跟平常混凝土构件提高一定的你的程度。

开动的砌体构件的抗震性能会有所降低。

开洞尺寸下的墙体在加载初期试件均处于弹性阶段; 各墙体随洞口水平尺寸的增加，极限承载力降低，开洞各墙体虽洞口尺寸不同，但各曲线下降段都较平缓，墙体延性较好，这是因为洞口两侧芯柱和墙的两个端点的芯柱对洞的墙体有了有效的约束作用，但是开洞的水平尺寸对墙体的极限荷载和相应的变形会产生影响。

随着开洞面积的增大，墙体的极限承载能力下降，但降低程度不与墙体的截面积减小程度全成正比，而是比面积减小程度多一些。

还有随洞口水平尺寸的改变，对其达到极限承载力时所相应位移也有所改变，但其改变程度比承载力的改变小得多。

1.2 砌体的高宽比对其抗震性能的影响
我们都知道，混凝土墙体不同的高宽比对其的抗震性能有很大的影响。

同样，加气混凝土砌体的高宽比对其抗震性能也有很大的影响。

当研究砌体采取不同的的高宽比时，结构在地震的作用下，结构层间的最大剪力、各层的最大相对位移跟各层的最大加速度都会不
同，随着高宽比的适当加大，以上的指标参量会有均匀性的减低，高宽比在2.28时结构的地震作用影响最小。

但高宽比超过4.56，其对加气混凝土砌体的抗震性能改善不大。

1.3 竖向应压力对其抗震性能的影响
墙体的竖向压应力是影响砌体墙的抗震性能的重要因素。

在对砌体施加荷载的初期，不同竖向压力的砌体墙体位移荷载曲线—基本是呈直线关系，但墙体出现裂缝后，曲线呈非线性上升，不同竖向压应力的切题极限承载力差别较大，到达极限承载力所对应的位移也有何大的不同；到达极限承载力后，竖向压力大的曲线下降最快，随后不同压力的曲线下降程度缓慢，接近直线达到稳定，而且差距变小；如果用下降到极限竖向压应力的百分之85作为破坏荷载，压力大的砌体变形能力较小一些。

而且随着竖向压应力增大墙体承载力的提高幅度增大．而出现极限荷载时所对应的位移也有所增大，且两者的提高程度相近。

从而可知，竖向应压力的加大会相应减弱结构的抗震性能
1.4 砌体墙体与框架连接的构造对其抗震性能的影响
加气混凝土砌体填充墙结构的刚度比一般的纯框架结构的刚度要高得多。

研究发现，砌体填充墙的存在加大了结构的框架的承载力水平。

提高幅度与墙体跟框架的连接方式、砌体墙体本身的抗震构造措施有很大的关系。

1.4.1 与纯框架相比，普通的填充墙框架试件的屈服、峰值、极限荷载分别提高了 114% ～ 159% 、113% ～ 156% 、85% ～
123% ; 而采用柔性连接的填充墙框架试件屈服、峰值、极限荷载分别提高了 53% ～ 67% 、74% ～ 91% 、65% ～ 87% ; 采用与柱脱开构造的填充墙框架试件屈服、峰值、极限荷载分别提高了31%-55%、51%-69%、45%-61%。

1.4.2 跟普通的填充墙框架相比，采用柔性连接砌体填充墙的屈服荷载、峰值荷载和极限荷载将会分别降低22%-41%。

10%-32%、2%-26%；而采用与柱脱开构造的填充墙框架的屈服荷载、峰值荷载和极限荷载分别降低了27%-50%、21%-41%、13%-35%。

因而我们可以得知，加气混凝土砌体填充墙框架采用与柱开脱构造或柔性连接会明显降低填充墙对框架水平承载力的影响。

1.4.3 对于采用柔性连接的填充墙框架，水平带的增设可小幅提高试件的承载,力，但提高幅度远低于普通构造的填充墙框架，墙体与框架之间采用拉结筋比采用 L 形铁件连接更为有效。

同时，研究发现在墙体中部设置水平系梁比在顶部设置压顶梁对构件的承载力提高效果更好。

2 加气混凝土砌体置换加固受损复合墙
2.1 利用砌块置换加固受损密肋结构
密肋复合墙是由截面及配筋较小的钢筋混凝土框格，内嵌以具有一定强度的轻质砌体框架组合而成，一方面砌块受到肋梁肋柱所组成框格的约束，另一方面砌块对框格提供支撑，两者相互约束，共同受力。

内部填充砌块是复合墙体的第一道抗震防线，在小震下发挥主要抗震作用，在中震及大震下通过自身的破坏消耗地震能量，减小了主
体框格单元及外框架的损伤程度，墙体遵循先砌块后框格与外框的延性破坏顺序。

同时，内填砌块不承担竖向荷载，仅通过侧向约束肋柱间接提高了肋柱竖向承载力，破坏阶段复合墙内部砌块脱落或与框架脱开，墙体退化成为梁铰框架。

针对密肋复合墙构造特点与破坏特点，提出采用加气混凝土砌块或其它满足设计强度要求的轻质砌块置换加固受损复合墙的加固方法，即当地震作用引起密肋复合墙结构中内填砌块破坏较重而混凝土框格破坏较轻时( 结构承受中震作用) ，通过更换破碎填充砌块的方式恢复密肋复合墙的抗震性能，充分利用了墙体中砌块作为第一道抗震防线的受力特点。

2.2 拟加固密肋复合墙的损伤状况
对于拟加固密肋复合墙原型试件的破坏试验，通过观察试件层间位移、钢筋应变变化、宏观破坏状态等几个方面综合控制加载程度，以模拟密肋复合墙处于相当于中震的损伤状态。

该榀密肋复合墙在层间位移达到 14． 2 mm 时停止加载，损伤状况见图 2，观察墙体可见，多数砌块均形成贯通的受压斜裂缝，砌块表面少许颗粒脱落; 肋梁端部大多出现受拉裂缝，肋柱基本完好; 外框柱柱身下部、中部出现若干水平裂缝，下部个别裂缝贯通外框柱截面，正反方向加载停止前未发现外框柱压区混凝土的压碎迹象; 观察应变的即时数据可见，部分肋梁钢筋、外框柱钢筋接近或达到屈服阶段。

综合判断该墙体达到中震的损伤状态。

2.3 受损复合墙加固后抗震性能分析
加固后的砌体构件的最终破坏状态跟标准的砌体构件相比有些
差别，其表现为外部框架的裂缝较多而砌块破坏程度比较轻，外框架的抗裂能力大大降低；加固后的结构承载力与标准构件基本相同，抗剪承载能力也有所提高；加固后的砌体组合结构的刚度大幅提升，但在荷载作用下刚度退化速度较快，同时加固后的结构延性有所提高能满足基本的抗震要求。

3 总结
本次通过对加气混凝土的抗震性能研究得出了以下结论；
1：加气混凝土砌体可以很大程度提高混凝土框架的承载力。

2：跟普通的砌体填充墙相比，填充墙跟框架采用柔性构件连接或与柱脱开构造连接将会降低加气混凝土砌体填充墙催框架的水平承载力，同时变形、刚度等也会降低。

3：加气混凝土砌体可应用于置换加固受损复合墙，其能满足正常的抗震等性能要求。

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