现浇磷石膏‐混凝土网格式框架组合墙轴心受压静力试验研究

罗 玚

（兰州工业学院， 甘肃 兰州 730050）

单纯的轴心受压状态在实际工程中很少碰到，但它考虑的影响因素少，有利于考察现浇磷石膏墙和网格式框架的传力途径，因而是研究组合墙其他受力状态力学性质的基础。本文对现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙进行竖向荷载作用下的轴心受压力学性能的试验研究。观察在加载过程中，现浇磷石膏墙和网格式框架的裂缝形成过程及分布状态。通过对石膏墙和混凝土的应变监测，推论石膏墙和网格式框架的受力状态，进而推论组合墙的承载力。

1 组合墙的受力机理分析及测试原理

组合墙由混凝土网格式框架和现浇磷石膏墙构成，在竖向轴心力作用下，荷载通过楼层梁向顶部石膏墙和柱传递。楼层梁的竖向变形挤压石膏，梁柱节点在弯矩作用下发生转动后使柱产生水平变位，也会挤压石膏，因此现浇磷石膏在组合墙中将处于二维受力状态，同时也构成对网格式框架变形的约束，此时网格式框架的受力不同于有填充墙的框架，由于石膏墙与网格式框架整浇，这种影响在组合墙开始受力后就会表现出来。因此轴向力作用下，组合墙的受力较为复杂。

组合墙受荷后，如果处于弹性阶段，根据内力叠加原理，组合墙的内力等于石膏墙的内力叠加网格式框架的内力；如果石膏墙带裂缝工作，则其承载力应予折减；如果石膏墙完全退出工作，则组合墙将完全褪化为框架。因此要计算组合墙的承载力，关键在于寻找石膏墙和网格式框架在不同受力阶段内力的分配比例，这种分配类似于框-剪结构中水平荷载在框架和剪力墙之间的分配。

基于上述分析，（1）框架的不同局部变形导致石膏墙处于不同受力状态，从而将造成石膏墙的承载力存在差异。在同一榀组合墙中，由于层间梁和中柱各自的刚度不会发生改变，因此影响网格式框架局部变形的因素主要为中柱和层间梁的相对位置，即组合墙的网格划分尺寸。如果网格的间距小，网格式框架相应构件的线刚度大，分配的内力也大，但构件的相对刚度大，因此变形小，则传递给石膏墙的荷载就小。反之传递给石膏墙的荷载大。也就是说，从直观分析，石膏墙和网格式框架的承载力存在互补关系，这对组合墙的整体承载力是有利的。（2）石膏墙的填充位置对组合墙的承载力是有影响的，这种影响采用填充率β来考虑，即在分配荷载系数μ中引入β的影响。

荷载的分配系数采用相同框架与组合墙的对比试验来寻求，试验需要检测的数据包括：

（1）组合墙中，石膏与混凝土结合部位的应变监测，也布置在对比框架变形最大点处，用于捕捉石膏墙的开裂荷载及荷载传递情况。

（2）分块石膏墙面上中部位置的应变监测，用于推论石膏墙的承载力。

（3）网格式框架构件的应变监测，用于捕捉网格式框架的开裂荷载及最终判定网格式框架形成机构（塑性铰）的情况，测点布置在σ最大位置处（比较弯矩和轴力组合计算的σ）。

2 模型设计

根据前述分析，墙体情况需考虑全填充和开洞墙两种情况，其中全填充墙用于模拟分户墙，开洞墙用于模拟外墙。两种情况均有无填充的网格式框架进行对比。模型在原型设计的基础上通过相似分析缩尺1/2制作。

2.1 原型结构分析

在均匀划分网格的基础上，基于石膏墙的宽高比和高厚比调整框架的网格尺寸来设计原型，原型结构尺寸如图3-1所示。

网格式框架混凝土强度等级为C30，纵筋采用HRB400级，箍筋为HPB300级。为便于试验对比，原型分析不考虑磷石膏的作用，即只分析 4种网格式框架，分别用于组合墙的构件和对比框架配筋。全部算例施加均布线荷载，其中恒载标准值为55.4 kN/m，活载标准值为16.8kN/m。

表2 构件截面尺寸

名称 b×h 名称 b×h

边柱 250×400 层间梁 200×250

中柱 200×250 楼层梁 250×400

3 加载装置

3.1 加载方式和装置

试验采用320吨千斤顶进行加载，先施加20kN对模型进行预压，通过应变监测数据调整试验装置，主要是荷载的对中位置调整。对中条件满足后卸载，然后分10级荷载加载到设计荷载，前5级荷载每级为100kN，稳荷时间不少于100min。以后以每级荷载200kN施加直至试件破坏，每级荷载的稳荷时间均不少于20min。试验数据由TDS602和TST3821静态应变测试仪采集并输出。试验过程中，记录裂缝出现的位置及相应的荷载值。

4 试验结果分析

弹性阶段：竖向荷载不超过破坏荷载的 20%左右时，各墙体仅楼层梁中出现少量竖向微裂缝；加载至破坏荷载 35%左右时，楼层梁中竖向裂缝开始增多，并逐渐向节点延伸。在该阶段，各试件由测点测量的应力—应变关系基本为线性。这一时刻的竖向荷载值称为墙体的开裂荷载。

弹塑性阶段：墙体内裂缝继续开展，宽度加大并向磷石膏块体延伸。随着竖向荷载的继续增加，磷石膏块体与混凝土网格式框架发生错动，边界处表皮鼓起。

破坏阶段：荷载接近破坏荷载时，梁、柱中新增裂缝较少，原有裂缝贯通。边柱、中柱上端及楼层梁中部混凝土被压碎，钢筋压屈外凸，墙体破坏。

5 结论

综上所述，影响组合墙轴心受压承载力的主要影响因素有如下加点：

5.1 柱的强度对墙体轴心受压承载力的影响：

墙体中边柱和中柱的强度与柱的布置间距、混凝土轴心抗压强度、柱截面积、柱中纵筋的抗压强度和配筋率有关，柱间距越小、截面积越大、混凝土轴心抗压强度越高、纵筋的抗压强度和配筋率越高，则柱的强度越大。

5.2 现浇磷石膏块体对墙体轴心受压承载力的影响：

在复合墙体中，竖向荷载大多由边柱和中柱承担，磷石膏块体仅承担小部分荷载。而对于无磷石膏块体的对比框架，由于缺少磷石膏块体的侧向支撑，楼层梁发生受弯破坏，竖向承载力明显降低且发生更突然的脆性破坏。因此，虽然磷石膏块体在墙体中只承担少部分荷载，但它对墙体的支撑作用不可忽视。