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内置芯柱带保温夹层砌体结构抗震性能试验与理论研究

刘岩  
【摘要】:村镇住宅建设,要低成本,要抗震和保温性能好。研发低成本抗震节能农房结构,一直是工程界十分关注和亟待解决的问题。本文提出了一种内置芯柱带保温夹层组合砌体结构,这种结构的墙体采用砖墙夹砌粉煤灰砌块的保温构造,并在墙体夹层位置设置芯柱。芯柱采用方木、方钢管、圆钢管,砖采用粘土砖、再生砖。砖墙与芯柱及保温砌块协同工作,共同承受竖向荷载和水平地震作用。为研究这种新型组合砌体结构的抗震性能,进行了较系统的试验和理论研究。主要工作与贡献:1、提出了内置芯柱带保温夹层组合砌体结构,进行了16个不同设计参数和不同构造的组合砌体单元受压性能试验研究,对比了各试件“轴向荷载-轴向位移”曲线,分析了承载力、延性、耗能、破坏特征和损伤演化过程,揭示了芯柱与砌体协同受力工作机理,提出了抗压承载力计算公式。2.进行了3个典型内置芯柱带保温夹层组合砌体墙低周反复荷载下抗震性能试验研究。试验中,将该新型墙体技术与课题组研发的一种带限位装置的玻璃珠-石墨基础滑移隔震技术结合,试件均设置了上下基础梁,上下基础梁间铺设玻璃珠-石墨,下基础梁固定,上基础梁滑移至限位前墙体处于弹性,此后才进入墙体抗震性能试验阶段。对比了滑移隔震阶段的“水平荷载-滑移位移”曲线,分析了抗震阶段试件破坏特征、承载力、延性和滞回性能,得到了墙体滑移隔震启动荷载与极限承载力的比例关系,阐明了芯柱与砌体共同工作提高墙体抗震能力的内在规律,提出了极限抗剪承载力计算公式。3.基于试验,进行了深化理论分析,包括:实现了该新型组合砌体结构的有限元建模及数值模拟,分析了荷载-位移发展特点,优化了设计参数。4.给出了内置芯柱带保温夹层组合砌体结构的实用抗震设计方法,提出了构造措施,进行了工程示范,工程应用效果良好。主要结论:(1)玻璃珠-石墨基础滑移隔震砌体结构,成本低,易施工,基础滑移隔震性能稳定,在较小的荷载下即可启动滑移,隔震效果良好。(2)粘土砖、再生混凝土砖、粘土砖-粉煤灰砌块组合砌体、再生混凝土砖-粉煤灰砌块组合砌体的受压损伤破坏过程类似,均为典型脆性破坏;采用内置方木、方钢管、圆钢管的构造措施后,可显著提高组合砌体的受压承载能力和延性。提出的抗压承载力计算公式,计算结果与试验结果符合较好。(3)内置芯柱带保温夹层组合砌体结构的墙体,采用了砖墙夹砌粉煤灰砌块的保温构造以及在墙体夹层中内置轻型钢管芯柱抗震措施,砖墙与芯柱及粉煤灰砌块协同工作,共同承受竖向荷载和水平地震作用,水平抗震承载力和抗震性能比传统砖墙显著提高。提出了极限抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果符合较好。(4)内置芯柱带保温夹层组合砌体结构,作为一种新型保温承重墙体结构,保温性能好,抗震节能一体化,可用于村镇住宅抗震节能结构设计。本文提出的新型结构墙体抗震节能构造作法和设计方法可供设计参考。


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