現(xiàn)澆磷石膏‐混凝土網(wǎng)格式框架組合墻軸心受壓靜力試驗研究

羅 玚

（蘭州工業(yè)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730050）

單純的軸心受壓狀態(tài)在實際工程中很少碰到，但它考慮的影響因素少，有利于考察現(xiàn)澆磷石膏墻和網(wǎng)格式框架的傳力途徑，因而是研究組合墻其他受力狀態(tài)力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)。本文對現(xiàn)澆磷石膏-混凝土網(wǎng)格式框架組合墻進(jìn)行豎向荷載作用下的軸心受壓力學(xué)性能的試驗研究。觀察在加載過程中，現(xiàn)澆磷石膏墻和網(wǎng)格式框架的裂縫形成過程及分布狀態(tài)。通過對石膏墻和混凝土的應(yīng)變監(jiān)測，推論石膏墻和網(wǎng)格式框架的受力狀態(tài)，進(jìn)而推論組合墻的承載力。

1 組合墻的受力機(jī)理分析及測試原理

組合墻由混凝土網(wǎng)格式框架和現(xiàn)澆磷石膏墻構(gòu)成，在豎向軸心力作用下，荷載通過樓層梁向頂部石膏墻和柱傳遞。樓層梁的豎向變形擠壓石膏，梁柱節(jié)點(diǎn)在彎矩作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動后使柱產(chǎn)生水平變位，也會擠壓石膏，因此現(xiàn)澆磷石膏在組合墻中將處于二維受力狀態(tài)，同時也構(gòu)成對網(wǎng)格式框架變形的約束，此時網(wǎng)格式框架的受力不同于有填充墻的框架，由于石膏墻與網(wǎng)格式框架整澆，這種影響在組合墻開始受力后就會表現(xiàn)出來。因此軸向力作用下，組合墻的受力較為復(fù)雜。

組合墻受荷后，如果處于彈性階段，根據(jù)內(nèi)力疊加原理，組合墻的內(nèi)力等于石膏墻的內(nèi)力疊加網(wǎng)格式框架的內(nèi)力；如果石膏墻帶裂縫工作，則其承載力應(yīng)予折減；如果石膏墻完全退出工作，則組合墻將完全褪化為框架。因此要計算組合墻的承載力，關(guān)鍵在于尋找石膏墻和網(wǎng)格式框架在不同受力階段內(nèi)力的分配比例，這種分配類似于框-剪結(jié)構(gòu)中水平荷載在框架和剪力墻之間的分配。

基于上述分析，（1）框架的不同局部變形導(dǎo)致石膏墻處于不同受力狀態(tài)，從而將造成石膏墻的承載力存在差異。在同一榀組合墻中，由于層間梁和中柱各自的剛度不會發(fā)生改變，因此影響網(wǎng)格式框架局部變形的因素主要為中柱和層間梁的相對位置，即組合墻的網(wǎng)格劃分尺寸。如果網(wǎng)格的間距小，網(wǎng)格式框架相應(yīng)構(gòu)件的線剛度大，分配的內(nèi)力也大，但構(gòu)件的相對剛度大，因此變形小，則傳遞給石膏墻的荷載就小。反之傳遞給石膏墻的荷載大。也就是說，從直觀分析，石膏墻和網(wǎng)格式框架的承載力存在互補(bǔ)關(guān)系，這對組合墻的整體承載力是有利的。（2）石膏墻的填充位置對組合墻的承載力是有影響的，這種影響采用填充率β來考慮，即在分配荷載系數(shù)μ中引入β的影響。

荷載的分配系數(shù)采用相同框架與組合墻的對比試驗來尋求，試驗需要檢測的數(shù)據(jù)包括：

（1）組合墻中，石膏與混凝土結(jié)合部位的應(yīng)變監(jiān)測，也布置在對比框架變形最大點(diǎn)處，用于捕捉石膏墻的開裂荷載及荷載傳遞情況。

（2）分塊石膏墻面上中部位置的應(yīng)變監(jiān)測，用于推論石膏墻的承載力。

（3）網(wǎng)格式框架構(gòu)件的應(yīng)變監(jiān)測，用于捕捉網(wǎng)格式框架的開裂荷載及最終判定網(wǎng)格式框架形成機(jī)構(gòu)（塑性鉸）的情況，測點(diǎn)布置在σ最大位置處（比較彎矩和軸力組合計算的σ）。

2 模型設(shè)計

根據(jù)前述分析，墻體情況需考慮全填充和開洞墻兩種情況，其中全填充墻用于模擬分戶墻，開洞墻用于模擬外墻。兩種情況均有無填充的網(wǎng)格式框架進(jìn)行對比。模型在原型設(shè)計的基礎(chǔ)上通過相似分析縮尺1/2制作。

2.1 原型結(jié)構(gòu)分析

在均勻劃分網(wǎng)格的基礎(chǔ)上，基于石膏墻的寬高比和高厚比調(diào)整框架的網(wǎng)格尺寸來設(shè)計原型，原型結(jié)構(gòu)尺寸如圖3-1所示。

網(wǎng)格式框架混凝土強(qiáng)度等級為C30，縱筋采用HRB400級，箍筋為HPB300級。為便于試驗對比，原型分析不考慮磷石膏的作用，即只分析 4種網(wǎng)格式框架，分別用于組合墻的構(gòu)件和對比框架配筋。全部算例施加均布線荷載，其中恒載標(biāo)準(zhǔn)值為55.4 kN/m，活載標(biāo)準(zhǔn)值為16.8kN/m。

表2 構(gòu)件截面尺寸

名稱 b×h 名稱 b×h

邊柱 250×400 層間梁 200×250

中柱 200×250 樓層梁 250×400

3 加載裝置

3.1 加載方式和裝置

試驗采用320噸千斤頂進(jìn)行加載，先施加20kN對模型進(jìn)行預(yù)壓，通過應(yīng)變監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整試驗裝置，主要是荷載的對中位置調(diào)整。對中條件滿足后卸載，然后分10級荷載加載到設(shè)計荷載，前5級荷載每級為100kN，穩(wěn)荷時間不少于100min。以后以每級荷載200kN施加直至試件破壞，每級荷載的穩(wěn)荷時間均不少于20min。試驗數(shù)據(jù)由TDS602和TST3821靜態(tài)應(yīng)變測試儀采集并輸出。試驗過程中，記錄裂縫出現(xiàn)的位置及相應(yīng)的荷載值。

4 試驗結(jié)果分析

彈性階段：豎向荷載不超過破壞荷載的 20%左右時，各墻體僅樓層梁中出現(xiàn)少量豎向微裂縫；加載至破壞荷載 35%左右時，樓層梁中豎向裂縫開始增多，并逐漸向節(jié)點(diǎn)延伸。在該階段，各試件由測點(diǎn)測量的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系基本為線性。這一時刻的豎向荷載值稱為墻體的開裂荷載。

彈塑性階段：墻體內(nèi)裂縫繼續(xù)開展，寬度加大并向磷石膏塊體延伸。隨著豎向荷載的繼續(xù)增加，磷石膏塊體與混凝土網(wǎng)格式框架發(fā)生錯動，邊界處表皮鼓起。

破壞階段：荷載接近破壞荷載時，梁、柱中新增裂縫較少，原有裂縫貫通。邊柱、中柱上端及樓層梁中部混凝土被壓碎，鋼筋壓屈外凸，墻體破壞。

5 結(jié)論

綜上所述，影響組合墻軸心受壓承載力的主要影響因素有如下加點(diǎn)：

5.1 柱的強(qiáng)度對墻體軸心受壓承載力的影響：

墻體中邊柱和中柱的強(qiáng)度與柱的布置間距、混凝土軸心抗壓強(qiáng)度、柱截面積、柱中縱筋的抗壓強(qiáng)度和配筋率有關(guān)，柱間距越小、截面積越大、混凝土軸心抗壓強(qiáng)度越高、縱筋的抗壓強(qiáng)度和配筋率越高，則柱的強(qiáng)度越大。

5.2 現(xiàn)澆磷石膏塊體對墻體軸心受壓承載力的影響：

在復(fù)合墻體中，豎向荷載大多由邊柱和中柱承擔(dān)，磷石膏塊體僅承擔(dān)小部分荷載。而對于無磷石膏塊體的對比框架，由于缺少磷石膏塊體的側(cè)向支撐，樓層梁發(fā)生受彎破壞，豎向承載力明顯降低且發(fā)生更突然的脆性破壞。因此，雖然磷石膏塊體在墻體中只承擔(dān)少部分荷載，但它對墻體的支撐作用不可忽視。