开窗洞砌体墙片拟静力试验研究

陈国辉　胡景波

摘 要：为了研究开窗洞砌体墙片的抗震性能，该文依据北川电信局职工住宅楼底层开窗洞的纵墙设计了一组开窗洞的墙片，通过现浇楼板把3片平行布置的墙片连接到一起建立模型。在楼板上施加配重模拟上部5层荷载，使其与原型结构具有相同的轴压比。在墙片的一端施加低周水平反复荷载进行拟静力试验。获得开窗洞墙片在分级水平荷载作用下的破坏形态和抗力特性，并提炼了反映墙片本构关系的骨架曲线。研究结果表明：开窗洞口高度范围内的墙肢易发生剪切破坏，在结构设计中应引起足够的重视，加强其抗剪强度；洞角处应力集中，墙体容易在此处出现阶梯型裂缝，若想提高砌体的开裂荷载应在洞角处加强构造措施；竖向正应力对砌体的破坏形态和承载力有重要影响。

关键词：拟静力试验 抗剪强度 骨架曲线 剪切破坏

中图分类号：TU36 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0075-05

Abstract：In order to study the seismic performance of masonry walls with window openings， according to the bottom longitudinal wall with window openings of Beichuan Bureau staff residential building ，we design three pieces wall with window openings， arranged in parallel way and connected by cast-in-place floor to be a model. The counterweight in the simulation of the five layer floor apply on the floor so that the model has the same axial compression ratio with the prototype structure. In order to obtain the failure model and resistance characteristic of the window opening wall under the horizontal load， and the skeleton curve of the constitutive relation，low cyclic horizontal load is applied at one end of the wall to perform quasi static test. The results of the test show that：within the height range of the window openings wall limb， shear failure easily occurs. We should pay enough attention to it in the structural design，and strengthen the shear strength of wall limb； stress concentrated in hole corners，and ladder type cracks are easy to appear here.If you want to improve cracking load of the masonry，measures to strengthen the structure should be taken in the openings angle；Vertical normal stress of masonry has important influences on the failure patterns and bearing capacity.

Key Words：Quasi static test；Shear strength；Skeleton curve；Shear failure

砌体结构作为传统的建筑形式，在我国学校、医院、办公和住宅中发挥着举足轻重的作用。近年来尤其是在汶川地震和庐山地震中，大量砌体结构倒塌或者成为“站立废墟”，这些严重的震害特征暴露出砌体结构抗震设计上仍存在不足，还需进一步开展研究工作。在地震中，砌体结构主要承受水平惯性力作用。由于墙体材料为脆性，整体性能差，使得砌体结构应力分布不均匀，而在砌体结构上开洞更加剧了应力分布的复杂性。该文拟模拟北川电信局职工住宅楼底层一开窗洞纵墙建立墙片模型，研究低周反复荷载作用下开窗洞砌体墙片的力学性能和破坏特征，为改善开洞砌体墙片的抗震性能，以及对砌体结构进行加固提供合理科学的参考依据。

1 开窗洞墙片模型的设计制作

该文采用的模型是将北川电信局职工住宅楼底层开窗洞的纵墙经过1/5缩尺而得，经过缩尺后的墙片尺寸如图1所示。墙片两端和中间各设置一根尺寸为48 mm×48 mm的构造柱，纵筋为4Φ4，箍筋为Φ1.5@40；模型配制的混凝土为C20；底座采用的混凝土强度等级C20，钢筋等级Q235。为减少试验中偶然性误差和个体差异的影响，3片墙片平行布置并通过现浇混凝土楼板相连建立模型，其中A墙片位于南侧，B墙片位于中间，C墙片位于北侧。

2 模型材料力学性能

该模型采用的砌块材料为小型混凝土砌块，该砌块采用质量配合比1∶4（水泥∶砂）的水泥砂浆制作而成，其尺寸是依据标准砌块按照1/4相似比缩尺所得。标准砌块的尺寸为390 mm*190 mm*190 mm，缩尺后模型所用的砌块尺寸为98 mm*48 mm*48 mm，芯孔尺寸为35 mm*30 mm*48 mm，孔洞率为45% 。为了模拟原型结构实体墙，该模型采用质量配合比为1∶5（水泥∶砂）的水泥砂浆将小型混凝土砌块的芯孔填实；砌筑砂浆的质量配合比为1∶4∶1（水泥∶砂∶水）；楼板和构造柱采用的C20的质量配合比为1∶1.3∶3.1（水泥∶砂∶石子）。依据文献[2-5]，我们分别进行混凝土空心砌块抗压强度试验、灌孔砂浆立方体抗压强度试验、砌筑砂浆立方体抗压强度、混凝土立方体抗压强度试验和砌体试件抗压强度试验，试验结果见表1，依据试验结果，混凝土砌块抗压强度为4.4 MPa；灌孔砂浆的立方体抗压强度为3.5 MPa；砌筑砂浆的立方体抗压强度为4.0 MPa；混凝土的立方体抗压强度为12.7 MPa；其中砂浆立方体试件抗压强度是以3个试件测值的算术平均值的1.3倍（f2）作为该组试件的抗压强度平均值（精确至0.1 MPa）。