夹芯保温墙体抗震性能的试验研究

　　引言：空心砖保温夹心墙体结构，是在结构外墙及楼梯间墙体中间设置有一定厚度的保温材料(如聚苯板)所组成的结构体系。其自重轻,有利于结构的抗震性能,叉能改善墒体的热工能,不仅使住户感到温暖舒适,还可以节约大量热能,节能可达50%以上,满足节能建筑标准的要求，是目前国家大力推广的一种保温墙体结构。
　　但是，钢筋混凝土约束构造结构如何兼顾保温和安全，特别是位于北部地震区的建筑，这一问题更显突出。同时，因为内外两叶墙体厚薄不同，两叶墙体的联接构造如何妥当设计，如何保证在地震中两片墙体能够共同工作也是一个非常关键的问题。此项试验研究在验证该建筑的抗震安全性的同时，对墙体的约束构造进行了创新设计，为夹芯保温墙体的大面积推广，从而达到节能、节地、保护环境和改善建筑功能提供了可靠的理论依据。
　　1试验概况
　　本试验共设计试片3片，分别是内墙构造柱内外墙不同材质墙片一个，编号W2-FYN；内外墙共用构造柱内外墙不同材质墙片一个，编号为W2-FY；内外墙共用构造柱内外墙相同材质墙片一个,编号为W2-FF，具体尺寸及内外墙拉结筋布置如图1。
　　
　　图1试件尺寸及拉结钢筋布置
　　试验采用拟静力试验方法[1]，墙片的竖向荷载0.6Mpa（W2）。水平荷载首先采用分级加载荷载控制，每级增加30KN，往复推拉一次，增至开裂。墙体开裂后加载控制采用位移控制，当水平荷载降至极限荷载的85%，试验完成。
　　
　　2试件破坏形态
　　试件在受力变形过程中，其荷载位移主要经历了三个阶段。弹性阶段：当水平反复荷载比较小时，墙体出现裂缝裂之前的这一段为弹性阶段。此阶段内外墙体能够协同变形，相对侧移很小，其荷载位移曲线基本为一条直线。弹塑性阶段：墙体出现裂缝后，当荷载继续加大，内外叶墙体开裂且裂缝不断加速发展，十字交叉分布的裂缝形成，荷载位移曲线呈上抛物线曲线上升，直至极限荷载。下降阶段：当达到极限荷载后，抗侧力将随着侧向位移的增加而下降，塑性变形显著增大，主裂缝贯通，墙体完全破坏。
　　1、内构造柱墙片：变形的三个阶段区分明显，荷载-位移曲线有明显的转折点。在出现初裂缝后，塑性变形加剧，裂缝发展迅速，很快到达极限荷载。墙片破坏卸载后外墙主裂缝十字交叉十分清晰，最大缝宽可达1cm以上，而内墙主裂缝发展缓慢，卸载后最大缝宽只有5mm左右。
　　2、内外墙共用构造柱：弹性阶段向弹塑性阶段的转换不明显，出现初始裂缝后采用位移控制时，侧向应力提高的依然很快，极限荷载明显高于内构造柱墙片。特别是当墙体破坏时，由于构造柱的约束作用，在内外墙共同作用的下，主裂缝发展伴随较多的细裂纹。卸载后内外墙最大缝宽都在3-5mm之间，体现出拉结钢筋作用下良好的内外墙协同抗性。
　　
　　
　　3夹芯墙体抗震性能
　　3-1开裂荷载和极限荷载
　　开裂荷载是砌体结构受力形态发生改变的转折点，一般来说，砌体在开裂之前可以近似的认为其变形为弹性变形，即弹性模量为一定值。
　　极限荷载为砌体结构所能够抵抗最大的外力，其表示了砌体结构的最终强度大小，是非常关键的墙体指标。三种结构形式墙体的开裂荷载和极限荷载见下表：
　　
　　通过观测本墙体试验，可以认定内外墙是在同一推拉受力状态下同时出现裂缝，由此可以确定内置拉结钢筋起到非常关键的作用，能够使得内外页墙片共同抵抗外力作用。同时，由于内外墙共用构造柱，开裂荷载得到大幅度的提高，而且内外墙同为方空转比内墙使用圆孔烧结砖的墙片延迟了开裂。
　　3-2滞回曲线与骨架曲线
　　实验所得滞回曲线整体呈现比较对称的椭圆梳形。而且在试件开裂之前，曲线几乎为一条循环直线，所包围的面接非常小；而当试件开裂之后，滞回环开始逐渐放宽，面积显著增大，表明试件开始吸收大量的能量。典型的滞能曲线如图所示：
　　
　　骨架曲线是将滞回曲线的各个顶点相连而成的一条光滑曲线。通过骨架曲线，可以清晰地得到试件关键点（如开裂，破坏）所对应的应力以及位移状态量。本试验典型骨架曲线以及简化骨架曲线如图所示：
　　
　　骨架曲线简化骨架曲线
　　
　　3-3刚度退化曲线
　　试件在某一位移幅值下割线刚度定义为同次加荷过程中,两个方同上加荷的平均刚度，可以用公式:计算得出。砌体结构的即时刚度随着位移的增加而降低，这就是砌体的刚度退化现象。在砌体开裂之前，其刚度可以近似看做是一定值，但是一旦砌体出现裂缝，其刚度会发生非常剧烈的变化，急剧的减小，直至试件发生破坏。而根据砌体的这一现象，可以将刚度和位移的关系拟合成一条K～△坐标下的曲线方程：。试件的刚度退化曲线如下图所示：
　　
　　3个试件所对应的a、b参数整理如下表：
　　
　　
　　4结论
　　夹芯保温复合墙体是继内墙保温和外墙保温后的一种新型墙体保温形式，其新颖的构造形式，良好的保温效果，突出的环保意识正越来越多地引起社会各界的广泛重视。本试验结合以往研究成果，重点发展墙体的构造及材料创新。通过试验我们发现，经过改良的内外墙共用构造柱，不但提升了保温效果，而且各项基本抗震指标远大于内墙独立构造柱的抗震指标。同时，内外墙不同材质墙体的抗震性能接近于同材质墙体，这样就为进一步研究内外墙使用不同建筑材料，最大限度地降低成本提供了可靠的依据，提出了一个全新的发展方向。
　　
　　参考文献：
　　[1]《土木工程结构试验》熊仲明,王社良
　　[2]《保温夹心墙体抗震变形性能研究》马震宇，王燚
　　[3]《空心砖保温夹心开洞墙体的抗震试验研究》李宏男，张景玮，陆靖