多层砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究

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【摘要】本文主要针对多层气体填充墙框架结构抗震性能进行试验研究，进而深入展现气体填充墙框架层的布置对于整体框架抗震性能的影响，实施3榀两层单跨气体填充墙框架结构和1榀单层单矿气体填充墙框架结构，分析各个部件的刚度退化、承载能力以及抗争性能等[1]。结果表明：无论是单层单款还是两层单跨的，实验中的气体填充墙框架结构在承载能力相较于初始的纯框架结构有着明显的提升，刚度退化缓慢，并且由于砌体填充墙框架中加入了滞回耗能，导致砌体填充墙的整体抗震性能良好。

【关键词】填充墙；砌体；抗震性能；钢筋混凝土

一、砌体填充墙框架结构抗震性能概述

地震等对于国家、社会以及家庭的影响较为深远，每年因为地震而丧生的人数时刻提醒着我们地震的危害，由此为了进一步明确地震作用下填充墙框家结构的刚度、承载能力以及约束效应等，国内外相关领域学者对此展开了激烈的研究争论。经过了长时间的研究和分析，取得了较为可观的成效，并且在广泛应用在实际填充墙框架结构设计中，但是由于所选择的对象是单层单跨填充墙框架结构，存在较大的局限性。根据以往大量的实验结果表明，砌体填充墙的应用主要是为了提升框架结构的稳定性、承载能力以及刚度，直接影响框架的抗震性能。多层框架结构中，不连续布置的填充墙框架高度，将直接应该能给到框架的刚度以及承载能力发生变化，不利于框架的抗震的作用发挥。

二、实验概况

（一）试件设计

为了进一步明确砌体填充墙框架结构的抗震性能，首先设计六个试件A、B、C统一划分为双层单跨填充墙框架结构，A为填充墙框架连续布置、B和C为不连续布置，将A的填充墙布置在最底层，C的填充墙布置在第二层。而D是单层单跨砌体填充墙框架结构、E为双层单跨框架结构、F为单层单跨框架结构，后三种作为此次试验的对比试件。

（二）材料性能

此次试验所选择的框架钢筋使用HRB400，设计的混凝土强度为C30，材料为偶同的硅酸盐水泥，加入碎石块、砂土以及外加剂，并掺入少量的二级粉煤灰，其中混凝土的材料组合用量见表1。

（三）加载装置

此次试验的加在装置如图1所示。将作动器起的一端固定在反力墙上，另一端作为桥梁连接框架和钢拉杆，将作用线同框架顶端的形心线相重合，并在千斤顶和钢梁之间设置动滑轮，以便試件能够按照水平方向变形[2]。千斤顶来支撑钢梁，将钢梁进行合理分配，把竖向的承载符合均匀分散在框架顶端，通过千斤顶和丁连限制试件的配合，限制整体呈水平位移。对于此次试验所选择的试件进行竖向负载值添加，反复进行，保持竖向负载值不变。

三、试件破坏描述

（一）试件破坏主要现象

水平符合的逐渐增加，各个试件的框架结构不断发生变形、弯曲，裂痕密集分布，但是框架梁以及钢筋并为发生变化，试件D砌体填充墙裂缝的不断出现，伴随着原有的裂缝，呈现裂缝较差分布，当试件F主体框架产生大量的弯曲裂缝，裂缝宽度逐渐增加，试件产生一定的变形，屈服于外力。试件A是双层单跨砌体填充墙框架结构体系，在荷载的反复作用下，两层砌体填充墙沿着45°的方向发生交叉裂缝，裂缝主要集中在第一层框架上，砌体填充墙中逐渐形成主裂缝，交叉处被压碎掉落[3]。由此可以看出，此结构中一层的裂缝明显多于二层，裂缝分布较为均匀，随着梁长延伸。在破坏现象出现时，填充墙框架梁和柱顶端均有大量的墙体碎裂，石块掉落的现象出现。

试件B为单层布置砌体填充墙框架结构，在破坏现象发生时，一层的气体填充墙裂缝沿着墙体的对角线延伸，破坏性严重，柱和梁顶端裂缝不断延伸和扩展，导致大量的混凝土脱落。其中较差裂缝主要集中在填充墙的地步1/2范围内，填充墙中形成交叉裂缝，裂缝交叉处碎块大量掉落。而在B试件的主体框架主要在二层，裂缝分布在顶端，形成塑性铰，但是主体矿的一层柱和梁的裂缝破坏现象受到砌体填充墙的影响，一层梁裂缝主要集中在顶部，呈现弯曲的裂缝形态，沿着梁的两端呈均匀分布。

（二）试验结果分析

试件A在屈服前呈现梭形，去附后砌体提冲抢沿着对角线呈现贯穿裂缝，滞回曲线出现靠拢，并且随着裂缝的增加，裂缝出现位移的现象，破坏性逐渐加大，靠拢现象更加明显[4]。试件B在初期加载中呈现梭形形态，在破坏现象逐渐加剧，试件屈服后，滞回曲线呈现靠拢，位移增加。

单层单跨填充墙整体框架的承载能力高于单层单跨框架的承载能力，双层单跨整体砌体填充墙框架承载能力是双层单跨框架的两倍之多。填充墙框架不均匀分布时，试件B和试件C的承载能力相较于双层单跨整体填充墙框架相比，整天的承载能力要小于35%左右，相较于双层单跨框架的承载能力要高于35%左右。在耗能方面，试件A是两层单跨填充墙框架，初始等效粘滞阻尼系数较大，是普通的墙体2.5倍，但是其耗能能力随着位移的增加而衰减加快[5]。试件B是双层单跨填充墙框架，仅仅在一层设置填充墙，耗能能力随着位移的增加逐渐衰减，接近理想的框架结构。

结论：综上所述，无论是单层单跨还是两层单跨，砌体填充墙的荷载能力和刚度相较于穿框架结构有着很大幅度的提升。砌体填充墙主要是为了提升墙体框架抗争能力和刚度，砌体填充墙加剧耗能，并且随着位移的延伸耗能逐渐增加，并且明显要优于纯框架结构。砌体填充墙框架的不连续布置直接作用于框架结构层，层间曾在能力发生变化，影响框架结构，但是由于砌体填充墙加剧了框架的滞回耗能，抗震性能较好。

参考文献：

[1]唐兴荣，杨亮，刘利花，等. 不同构造措施的砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究[J]. 建筑结构学报，2012，13（10）：75-83.

[2]周云，郭阳照，杨冠男，等. 阻尼砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究[J]. 建筑结构学报，2013，21（07）：89-96.

[3]周云，郭阳照，廖奕发，等. 带SBS层阻尼砌体填充墙钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究[J]. 土木工程学报，2014，06（09）：21-28.

[4]周晓洁，李忠献，续丹丹，等. 柔性连接填充墙框架结构抗震性能试验[J]. 天津大学学报（自然科学与工程技术版），2015，25（02）：155-166.

[5]周晓洁，姜绪亮，续丹丹，等. 柔性连接新型砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究[J]. 世界地震工程，2015，13（01）：58-68.