再生混凝土组合砌体抗震性能研究

再生混凝土组合砌体抗震性能研究

樛登科王文晓王彦朝贾政茂

华北理工大学建筑工程学院河北省唐山市063210

摘要：多次地震震害资料的研究表明，由于多种原因导致村镇建筑在地震作用下破坏严重，成灾比例较高，所以提高村镇建筑的抗震性能是防震减灾工作的重中之重。本文所研究的再生混凝土组合砌体结构，是在组合砌体中采用再生混凝土替代普通混凝土，研究普通单一砌筑墙体和组合砌体的变形能力、延性、滞回曲线、骨架曲线、耗能以及刚度退化等特性，最后综合分析再生混凝土组合砌体的抗震性能。

关键词：再生混凝土；组合砌体；抗震性能

1.组合砌体概述

新建的组合砌体结构建筑，是将墙体由原有的单一砖砌体形式，替换成组合砌体形式，即将墙体分段砌筑并留槎，然后用再生粗骨料混凝土浇筑留槎部位，以此来改变房屋的承重方式和墙体的整体性，进而有效提高抗震性能。在组合砌体中采用再生混凝土替代普通混凝土，有效提高建筑废弃物的再利用率，符合国家绿色建筑的发展思路；再生混凝土组合砌体与普通砖砌墙体相比，能够有效提高建筑的抗震性能，同时其抗剪承载力和再生混凝土现浇墙体所占比例是影响组合砌体抗震性能和破坏形态的主要因素，且随着再生混凝土现浇墙体比例的增加，其抗震性能相应增加。

2.试验研究

2.1试件制作

试验墙体材料全部采购，底梁、构造柱和圈梁中的钢筋均为HPB335级钢筋，水泥均采用冀东P.O42.5水泥。首先制作底梁模板，然后绑扎底梁钢筋，对模板进行校准，制作同步试块。对底梁以及同步试块进行同条件养护，当底梁混凝土达到强度后拆模，在混凝土底梁上砌筑墙体，严格按照《砌体工程施工质量验收规范》（GB50203-2002）的要求进行砌筑，并每天养护。7d之后，待墙体砌筑砂浆达到强度时，在预留的构造柱钢筋上按设计的测点位置粘贴应变片，测试合格后，支构造柱的模板。然后采用免振捣自密实混凝土浇筑构造柱，7d之后，当构造柱达到一定强度时，支留槎部位墙体的模板。采用废砖再生粗骨料混凝土浇筑留槎部位，采用C20免振捣自密实混凝土浇筑圈梁，墙体和圈梁模板均严格按照试件尺寸加工制成。

2.2试验加载

本试验参照中华人民共和国《建筑抗震试验方法规程》（JGJ101-96）进行。试验采用拟静力法，通过MTS作动器对一片单一砖砌墙体和两片再生混凝土组合砌体施加水平低周往复荷载，得到三个试件的抗剪承载力，并观察试件的破坏过程，记录相关试验数据。墙体开裂前，加载采用荷载控制并分级进行加载，每级荷载20kN，墙体接近开裂时减小荷载级差，在加载到指定级数的荷载时持荷2min；墙体开裂后加载采用位移控制，加载位移值取开裂时墙体的最大位移值，并且以该位移值的倍数为级差进行位移控制加载。墙体开裂前每级荷载反复1次，开裂后反复2次。当荷载下降到最大荷载的85%时，此时认为试件破坏，停止试验。

3.试验结果与分析

JZQ-1试件为带钢筋混凝土圈梁和构造柱的含有1/3再生混凝土墙体和2/3砖砌体的组合砌体，高宽比为0.67。

预加载完成后试验正式开始，开始以20kN的级差进行往复推拉加载，荷载较小，此时JZQ-1试件上尚未有裂缝产生。当正向加载至176kN时，JZQ-1试件出现细微的响声，北侧构造柱与砖砌墙体上部1/3处出现水平裂缝，北侧造柱与砖砌墙体下部1/3处出现一条细微的水平裂缝，北侧的构造柱柱脚出现细微裂缝。

JZQ-1试件开裂后改为位移控制加载，随着加载位移的增大，试件裂缝分叉并延伸，形成明显的主裂缝，并且在上部圈梁、构造柱和墙体的交接处出现新的裂缝，沿水平、竖向和对角方向向墙中发展，构造柱柱脚的裂缝延伸到底梁，但再生混凝土墙体依然没有出现裂缝。当加载位移达到6.1mm时，JZQ-1试件出现清脆响声，JZQ-1试件沿对角方向的主裂缝发展迅速，再生混凝土墙体沿对角方向出现裂缝，但是不明显，墙体的部分砖块剪断。当加载位移达到9.12mm时，JZQ-1试件发生剧烈响声，再生混凝土墙体裂缝沿对角线方向贯通，至此JZQ-1试件沿对角方向的主裂缝全部贯通，裂缝通过的地方有些是砖块剪断，有些是砖块与砂浆脱离，再生混凝土墙体裂缝的贯通导致构造柱和再生混凝土墙体之间的所有裂缝均形成贯通，构造柱与砖砌墙体之间的马牙槎全部剪断，再生混凝土墙体和砖砌墙体之间的马牙槎全部剪断，形成贯通的竖向裂缝，JZQ-1试件完全退出工作。

JZQ-1试件无法继续承受荷载，荷载下降到最大荷载的85%，此时认为JZQ-1试件破坏，JZQ-1试件的破坏情况如下图1，图2所示：

图1JZQ-2整体破坏情况图2JZQ-2局部破坏情况

通过观察，试验破坏后的JZQ-1墙体试件上有明显的主裂缝，圈梁、构造柱和再生混凝土墙体形成复合框架体系，对砖砌墙体形成了有效约束，提高了JZQ-1墙体试件的整体性，有效提高了砖砌墙体的承载能力。通过裂缝的发展过程可以看出再生混凝土墙体有效的减缓了JZQ-1墙体试件裂缝的开展和延伸，对墙体的抗震性能起到了关键作用。

4.再生混凝土组合砌体墙试件性能

4.1墙体试件的变形能力

通过对试验数据进行处理，得到JZQ-1墙体试件的墙顶位移曲线和抗剪承载力曲线，如图3，图4所示。通过对曲线图的分析可得：墙体的墙顶位移依次增大，其抗剪承载力也依次增大。因此，再生混凝土组合砌体较普通的砖砌墙体抗震性能明显提升。

图3JZQ-1墙顶位移图4JZQ-1抗剪承载力

4.2墙体试件的延性分析

墙体的延性能够很好的反应墙体的变形能力，延性好的墙体具有较强的变形能力，在地震作用下能够吸收较大的能量，使墙体避免脆性破坏。结构的延性指标通常以结构极限位移与弹性变形的比值来表示：

4.3墙体试件的滞回性

再生混凝土组合砌体JZQ-1的抗震性能优于普通砌体QZQ。再生混凝土墙体对提高砌体结构的抗震性能效果明显。通过改变再生混凝土组合砌体所占比例可得到，随着再生混凝土墙体在组合砌体中所占比例的提高，再生混凝土组合砌体的抗震性能也有明显的提升。

4.4墙体试件的耗能分析

试验采用等效粘滞阻尼系数Ψ来反应试件的耗能能力，等效粘滞阻尼系数越大，试件的耗能能力越强。等效粘滞阻尼系数Ψ为：

分析数据可以得出：随JZQ-1墙体试件的粘滞阻尼系数逐渐增加，墙体试件的耗能能力依次增强。这就说明再生混凝土组合砌体较单一砌筑墙体具有更好的耗能能力，且随着再生混凝土墙体占再生混凝土组合砌体比例的提高，再生混凝土组合砌体的耗能能能力也在提高。

结语：本文所提出的新建砌体结构，将墙体由原有的单一砖砌体形式，替换成组合砌体形式，即将墙体分段砌筑并留槎，然后用再生粗骨料混凝土浇筑留槎部位，以此来改变房屋的承重方式和墙体的整体性，进而有效提高抗震性能，并且符合能源可持续发展的理念。

参考文献：

[1]骆万康，王天贤.关于预应力砖墙的变形，延性与耗能问题的试验研究[J].世界地震工程，1995，1：50-58.

[2]梁建国，张望喜，郑永强.钢筋混凝土-砌体组合墙抗震性能[J].建筑结构学报，2003，24（3）：61-69.

[3]杨德健，高永孚，孙锦镖，等.构造柱-芯柱体系混凝土砌块墙体抗震性能试验研究[J].建筑结构学报，2003，21（4）：21-27.

（本文受资助于华北理工大学大学生创新创业训练计划项目《再生混凝土组合砌体抗震性能研究》，项目编号x2018206）