新型夹芯板GSZ板墙体的抗震性能研究

殷 燕，熊 峰，黄群艺

(四川大学建筑与环境学院，四川成都610065)

1 夹心GSZ板简介

钢丝网架混凝土夹芯板结构体系起源于20世纪60年代，为一种新型轻质复合板材，且在90年代初就在国外广泛应用，其构造形式见图1。典型的钢丝网架混凝土夹芯板由钢筋混凝土面层、连接器和芯层材料三部分组成。面层配有双向钢丝网，厚度在25～50 mm之间，具有较大的强度和刚度，能承受一定荷载。连接器一般为斜插的钢丝，具有一定的刚度，连接上下混凝土面层内部的钢筋网，增强复合板的整体性。芯层材料挤压填充在两面层之间，可用保温隔热材料增强墙体的保温隔热性能。芯层可根据需要或情况选用不同的阻燃型硬质泡沫材料，如聚氨酚、聚苯乙烯和岩棉等。

图1 钢丝网架混凝土夹芯板一般构造图

国内复合板主要运用于框架结构的内外填充墙，或者现有建筑的加层，也有房屋承重构件的应用，但是很少。为了将复合板广泛用于承重构件中，必须进行各类复合板构件的大量试验研究，才能为以后该类结构编制设计规范提供参考和依据。

钢丝网架混凝土夹芯板芯层可根据需要或资源情况选用。本次试验选用了成都龙郡节能建材有限公司生产的GSZ板，内填膨胀珍珠岩加压构成的钢丝网架芯板(简称GZ板)，经现场安装后，两面抹水泥砂浆或者细石混凝土后形成完整的钢丝网架珍珠岩水泥夹芯板。膨胀珍珠岩颗粒内部是蜂窝状结构，无毒、无味、不腐、不燃、耐酸、耐碱，其特点是重量轻、绝热及吸音性能好，并且原材料丰富、价格低廉、使用安全、施工方便。为扩展GSZ板至承重墙体，本试验提高了GSZ板的配筋率。

2 GZS板抗侧力试验

2.1 研究重点

为研究承重夹芯板(GSZ板)墙体在地震作用下的抗侧力性能，采用水平侧向加低周反复荷载对墙体进行来回推拉作用，通过静力的来回推拉作用来模拟墙体在地震作用下的受力情况。

2.2 实验设计与实施

2.2.1 构件设计与制作

本次试验共设计了3片GSZ板墙体试件，编号为Q1、Q2和Q3。试件尺寸考虑到GSZ板厂家的生产尺寸和实际墙体的合理高宽比，其尺寸见表1，Q1的配筋构造如图2。Q1、Q2和Q3主要变化参数为配筋率和钢筋网格大小。试件混凝土设计强度等级为C30，实测150 mm立方体抗压强度平均值24.9 MPa，钢筋均采用HPB235。

2.2.2 实验加载装置

试验加载装置示意图如图3所示。上部利用反力墙和反力架固定千斤顶，实现双向水平加载。千斤顶前加传感器以反应和记录力的大小。墙顶竖向荷载通过上下槽钢间的竖向拉杆拧紧来实现，拉杆上连接有力传感器，控制施加的竖向荷载。墙体底部设有槽钢，槽钢上均匀分布焊接钢齿以加强槽钢和底部墙体之间的整体性，槽钢与实验室地槽之间用螺栓锚固，使墙体固定。现场安装如图4所示。

2.2.3 量测和加载方案

本试验逐级施加水平荷载，根据墙体顶点水平侧移，研究墙体的变形能力和滞回性能，并观察墙体的破坏情况，得到墙体的极限荷载。水平荷载的加载采用荷载控制方式，正式加载前进行预加载，然后再进入正式加载，以20 kN的倍数施加。当荷载不能加载到达前一个荷载级别(峰值荷载)的时候，就降一个级别进行加载，直到荷载降到峰值荷载的85%，认为构件已破坏，停止试验。

3 实验结果及分析

3.1 实验现象

3.1.1 Q1试件

当水平荷载在0～60 kN的加载过程中，墙体底部槽钢边缘上有多处细微裂缝。随着荷载的加大，细微裂缝不断闭合和张开，宽度有所增加，范围延长，有裂面效应。当加载到+100 kN时墙体表面混凝土压碎剥落，集中在槽钢上所焊的钢齿处，说明钢齿处有混凝土应力集中现象明显，钢齿处裂缝发展如图5所示。每一荷载级别加载时，墙体与槽钢接触处会有轻微脱裂，随着荷载的增加，脱裂范围和宽度不断加大，最后导致墙体底部翘起并与槽钢脱开。当加载到140 kN荷载级别时，底部槽钢由于刚度太弱，形成反拱，造成墙体不能完全固定，形成破坏机构，停止加载。墙体底部破坏如图6所示。

图2 构件Q1配筋图

表1 试件尺寸一览表

图3 试件加载安装示意

图4 现场试验装置

3.1.2 Q2试件

吸取Q1试件破坏原因，考虑加大墙体上下槽钢之间的拧紧作用，使墙体与上下槽钢之间的整体作用增强。Q2加载方式与Q1相同。当加载到160 kN荷载级别时，发现竖向拉杆出现了颈缩，证明拉杆所受应力过大。为保证试验完成，用两根φ20的钢筋替换以前的M16的螺杆。加固后继续从+160 kN开始加载，当加载到+220 kN时，发生与Q1相同的破坏方式。墙底左右两端槽钢脱开，槽钢底部轻微反拱，墙体已经不能固定，于是停止加载。

3.1.3 Q3试件

Q3加载方式以及墙体破坏现象与前两个试件相同，只是荷载级别有所提高，并且破坏状态没有前面两个试件严重。当加载到200 kN级别、负向加载－200 kN时，因反力架强度不足，出现位移。之后改为单向加载，由反力墙端千斤顶施加。加到+260 kN时，加载端槽钢之间的拉结钢筋固定装置变形失效，停止加载。

图5 钢齿处裂缝发展图

3.2 顶点滞回曲线

根据墙体上边缘正向加载端顶点的水平位移绘制三个试件的顶点力－位移曲线(滞回曲线)如图7所示。

图6 墙体底部破坏

从以上三个试件的顶点滞回曲线可以看出，在循环反复加载过程中的初始加载阶段，试件处于弹性阶段，曲线基本上都是靠近原点的直线，滞回环面积基本为零;进入非弹性阶段后，滞回曲线斜率变小，刚度退化，滞回环包围的面积逐渐增大。加载终止后，试件Q1的滞回曲线呈倒S形，存在严重的捏缩现象，即存在较大的剪力滑移影响，且强度和刚度都有明显退化，所以Q1墙体的延性和吸收地震能量的能力较差。试件Q2的滞回曲线呈弓形，有捏缩现象，受到了一定的滑移影响，曲线较Q1饱满，表明Q2墙体的塑性变形能力和吸收地震能量的能力比Q1强。试件Q3的滞回曲线也呈弓形，有捏缩现象，但更趋饱满，说明塑性变形能力和抗震耗能能力比Q2强。试验最终加载的最大荷载和对应的位移见表2。

表2 试验最后结果

从实验曲线和数据上来看，试件Q2和Q3的抗震性能比Q1好得多，Q3比Q2更好一些。Q2、Q3表现比Q1好，这是由于Q2、Q3的墙体配筋率都是Q1的两倍左右，且试验装置也比Q1稳定得多，所以表现好。Q3表现比Q2好，是由于在相差不大的配筋率情况下，Q3的钢筋网更密，且Q3试验装置比Q2稳定，所以Q3变现更好。

4 结论及建议

本次试验因墙体在起连接固定的的底部槽钢上部破坏而终止，是局部破坏，没有取得预期的墙体本身的极限破坏。但从试验进行过程、试验设计参数和试验采集的数据，依然可以得到如下几点结论和建议。

图7 三个试件的顶点滞回曲线

(1)三个构件从试验开始到试验结束，没有观察到夹芯层与混凝土之间的分离，说明该类钢丝网架混凝土夹芯板结构的墙体整体性很好。

(2)在试验过程中，墙体构件除了底部固定薄弱连接部位出现裂缝外，主体部分和墙体上部槽钢固定处基本上未出现裂缝，证明该墙体材料本身强度较大。

(3)从三个试件的表现看来，钢筋率和钢筋网格的大小对墙体的表现是起促进作用的。如Q1和Q2，在相同钢筋网格大小的情况下，配筋率越大，墙体表现更好;Q2和Q3，在配筋率相差不大的情况下，钢筋网格直径明显偏小、间距偏密的墙体Q3表现更佳。

(4)表2数据显示，从本次试验过程中对基础的加固措施来看，墙体连接固定的好坏对于结构的抗侧能力有很大的提高作用，是墙体发挥抗震性能的重要保证。

［1］WAIEL MOWRTAGE，FARUK KARADOGAN. Behavior of single－story lightweight panel building under lateral loads［J］.Journal of Earthquake Engineering，2009，13:100－107

［2］李宏男，李兵.钢筋混凝土剪力墙抗震恢复力模型及试验研究［J］.建筑结构学报，2004，25(5):35－42

［3］陈国栋，郭彦林，范珍，等.钢板剪力墙低周反复荷载试验研究［J］.建筑结构学报，2004，25(2):19－38

［4］张新培.钢筋混凝土抗震结构非线性分析［M］.北京:科学出版社，2003

［5］刘玉凤.CS板式结构体系抗震性能试验研究［D］.天津大学，2009

［6］GB 50010－2002混凝土结构设计规范［S］

［7］清华大学建筑设计研究院.墙体受力性能试验报告［R］