[摘要] 1 绪论1 1 引言与实心墙相比，空斗墙体节省砖材和砂浆、减少
1 绪论
1.1 引言
与实心墙相比，空斗墙体节省砖材和砂浆、减少劳动力及运输费用并且能减轻墙体重量。由于墙体内部空斗形成的空气隔层，其隔热、保温和隔音等性能较好，因而在我国华东和中南地区广泛应用。由于农房多为 1～3 层，荷载不大，跨度也小，所以在农村采用更多。但由于房屋采用空斗砌法，眠砖设置较少，墙体的抗剪能力和整体性较差。地震灾害表明：空斗墙并未因为自重较轻而提高抗震性能，相反地，在地震作用下，空斗墙的破坏更为严重。实际中的空斗墙房屋多是一、二层房屋，楼板一般采用预制空心板或者木楼板，大多没有设置圈梁，纵横墙也无槎连接，砌筑砂浆强度低，致使房屋的整体性较差，抗震能力较弱。传统民居是祖先智慧的结晶，是我国宝贵的物质文化遗产。国家新型城镇化建设战略提出要对传统建筑风貌进行保护，结构的加固就要同时兼顾结构安全性能与传统风貌的保护。本文结合高延性纤维混凝土的研究成果，从传统民居建筑风貌保护与结构安全性能提升相结合的角度出发，针对现有的空斗墙砌筑方式和砌筑材料进行不同形式的加固，并对墙体进行拟静力试验研究其抗震性，为空斗墙民居的加固改造提供依据。
........
1.2 空斗墙房屋结构的结构安全性问题
我国地震活动频繁而且广泛地震基本烈度在 6 度及以上的地区超过 75%，其中地震基本烈度为 7 度及其以上的地区接近 50%。我国农村地区的房屋结构类型大部分是砌体结构，砌体结构抗拉、抗弯及抗剪强度均较低，在遭受地震荷载作用时脆性破坏，地震时造成较大的人员伤亡和财产损失。历次震害表明，砌体结构特别是空斗砌体结构在地震中破坏严重。为了减少房屋破坏造成的人员和财产损失，国家也采取了相应的措施，在 2001 年的 《砌体结构设计规范》 中取消了空斗墙，在 2011 年的 《农村危房改造抗震安全基本要求（试行）》 中严禁在抗震设防区采用空斗墙承重。但是我国农村还有大量的空斗墙，此外我国有着大量悠久珍贵的古建筑、构筑物，如果全部拆除既不经济也不现实，因此，在原有建筑的基础上，对其进行加固改造，提高结构的安全性，将会带来巨大的社会效益。砖、石是一种传统建筑材料，发展至今砌体结构仍然是一种应用广泛的建筑结构体系，与砌体结构的众多优点是分不开的。砌体结构的优点主要有[2]:1）原材料可以就地取材价格低廉；结构施工方便，不需要模板等特殊施工手段，耐火性、耐久性、保温、隔热、节能的效果都比较好。但它也存在一些缺点[2]:农田被过多占用影响环境；强度比较低自重比较大；抗拉、抗弯和抗剪强度都比较低、抗震性不好；无法进行机械化施工在某种程度上加大了施工工期。空斗墙体自身整体性与稳定性很差。需要靠一些构造上的措施来保证结构的抗震性能：墙体的重要部位（如转角、纵横墙交接处、室内地坪以下勒脚墙等）须砌成实体，门窗洞口处宜设置过梁。内部空间较大的建筑物或 2～3 层的楼房，宜设整体交圈的钢筋圈梁。空斗墙在在下列情况采用易发生安全性问题：地基土质不好，会造成不均匀沉降的地方；门窗面积超过墙面面积 50％时；7 度以上的地震区；单层厂房和大中开间的房屋。朱立新研究员[15]经震害调查后提出：空斗墙承重房屋震害的主要原因主要有两方面：结构布置不合理和砌块不标准。课题组研究表明：江浙地带采用的非标砌块较多，结构布置不合理主要如下：①纵墙较少的空斗墙用于承重②空斗墙砌筑层数过高，高度增加导致的高宽比过大；③房屋门窗洞口过大，导致纵向窗间墙尺寸过小；④无圈梁构造柱和过梁；⑤需实砌部位未进行实砌处理；⑥空斗墙体自身耐久性差，砖材、砂浆风化严重。
..........
2 空斗墙体水平抗剪拟静力试验
本文采用的试验方法是拟静力试验方法[23]。拟静力试验能观察试件全过程的力-位移的变化规律以及试件破损的发展过程。一般用来研究试件的承载力、变形能力和耗能性质及其破坏机制等。
2.1 试验目的
本试验的目的在于通过对高延性纤维混凝土（ECC）加固低标号砂浆空斗砌体的拟静力试验研究，对比分析未加固空斗墙体试件和加固后的空斗墙体试件的抗震性能。分析不同砌筑方式、不同材料特性、不同的加固方式对墙体抗震性能提高程度的影响，并在试验的基础上，通过试验研究结果和理论分析，对各种加固方式进行模拟，对比试验与有限元软件分析，进行理论和试验的互相印证。
........
2.2 墙体试件制作与加固
2.2.1 结构试件的设计与制作
相似条件是指模型与原型相应的物理量相似[24]。对于静力试验，一般取较大的比例尺，砌体结构模型常取 1:1。本次试验为了模拟现实和试验条件的限制并保证与课题组前期试验一致，相似关系如下表 2.1：本试验共设计制作了 12 片标准砖墙体试件（一斗一眠 4 片，两斗一眠 4 片，三斗一眠 4 片，如图 2-1~2-3 所示）和 3 片一斗一眠模型砖墙体试件（如图 2-4 所示）。标准砖尺寸为 240mm×115mm×53mm，模型砖尺寸为 200mm×96mm×45mm。标 准 砖 和 模 型 砖 墙 体 试 件 截 面 尺 寸 分 别 为 2300mm×1500mm×240mm 和2300mm×1500mm×200mm 高宽比为 1:1.51。墙体试件的顶梁采用强度为 C30 的混凝土浇筑，底梁采用 C40 的混凝土浇筑而成。为了防止在墙体在顶梁和底梁界面破坏，顶梁和底梁与墙体连接处均采用 10mm 厚的水泥砂浆进行加强处理。本文所有墙片试件都是由两名普通工人按图 2.1~2.4 所示的砌筑方法根据规范[25]要求砌筑的。试验用的混凝土底梁为课题组做墙片的完整底梁。为了减弱砌筑砂浆的离散性，在砌筑中，每盘砂桨均匀地用于各片墙片由两名普通工人砌筑完 2 个试件同一皮砌块后再砌筑下一皮砌块。如图 2.5。砌筑完成养护七天以上，墙体有一定强度，开始进行支模板(图 2.6)，进行顶梁的浇筑。
..........
3 试验结果分析..........29
3.1 材料的基本力学性能试验.......29
3.2 墙体的抗震抗剪承载力...........31
3.3 墙体的滞回曲线.....33
3.4 墙体的骨架曲线.....36
3.5 试件耗能性能.........40
3.6 墙体的刚度和刚度退化曲线............41
3.7 墙体的延性及相对变形...........43
3.8 本章小结........46
4 ECC 加固空斗墙非线性分析.......... 49
4.1 引言.......49
4.2 非线性有限元软件（ABAQUS）的概述..........49
4.3 材料的单元类型.....49
4.4 ECC 加固空斗墙的本构关系的表达式............ 50
4.5 模型参数设置.........56
4.5.1 砌体的泊松比.......56
4.6 整体建模........57
4.7 ECC 加固空斗墙有限元分析模型........... 57
4.8 ECC 加固空斗墙非线性结果分析........... 59
4.9 本章小结........61
5 结论与展望......63
5.1 结论.......63
5.2 存在的问题及展望..........64
4 ECC 加固空斗墙非线性分析
4.1 引言
为了更好的研究 ECC 加固后的空斗墙体，常采用试验和数值模拟相结合的方法研究其抗震性能。试验方法的可靠性较强，但是费用高，周期长，受试验条件的影响大，有限元分析数值模拟的方法减少了试验材料制作过程中材料性能本身及人为因素的缺陷，能弥补试验的局限性。本文采用大型通用有限元分析软件 ABAQUS 来分析高延性纤维混凝土 ECC加固空斗墙的抗震性能。 通过现有砌体的研究成果，确立了空斗墙的本构模型，建立整体式模型，利用纤维增强混凝土力学性能试验研究成果，建立加固前后的墙体有限元模型，对比分析加固前后理论分析值与试验值，验证思想方法的可行性，为以后的加固设计提供参考。ABAQUS 是大型的有限元分析软件之一，功能比较强大，无论是单一零件的力学和多物理场的分析，还是复杂的结构系统，它都可以胜任，目前在各国的工业研究中应用比较广泛。ABAQUS 单元库丰富，材料模型库庞大，功能比较强大且全面，能解决结构分析（应力/位移）问题，能够分析热传导、质量扩散、电子元件的热控制（热/电耦合分析）、声学、土壤力学（渗流/应力耦合分析）和压电分析等[36]广泛领域中的问题。
.........
结论
本文首先阐述了砌体结构在国内外的发展与应用介绍了加固技术的发展现状和相关研究成果设计制作了 13 片 ECC 加固的墙体和 2 片未加固的墙体，并进行了低周反复荷载试验。综述了相关有限元理论知识在此基础上利用大型通用有限元软件ABAQUS对高延性混凝土加固空斗墙体进行了探索性的研究得出了以下结论：对采用 ECC 加固的 13 片墙体和 2 片未加固的墙体进行了低周反复荷载试验在试验结果的基础上针对以下几个方面进行了对比分析:墙体的不同破坏形态、抗震抗剪承载力、延性性能、滞回曲线、骨架曲线、刚度及刚度退化等。通过对比分析得到以下结论:（1）空斗墙在拟静力试验中会出现三个阶段：即弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。一斗一眠未加固墙体在 60KN 时开裂，151.7KN 时达到极限荷载。破坏过程较为迅速，并出现明显的脆性破坏现象。当三斗一眠采用双面加固时：墙体在195KN 时，上部墙体与底梁形成裂缝并逐渐延伸，直到增加到 21.6mm 时，墙体因局部被压碎而破坏。三斗一眠单面加固墙体和一斗一眠单面加固墙体由于两侧刚度差别较大均会出现扭转现象。边框加固墙体发生沿对角的剪切破坏。（2）加固后的墙体开裂荷载和极限荷载都有较大程度的提高，特别是开裂荷载提高幅度较大。对于一斗一眠和三斗一眠的墙体，边框加固的开裂荷载分别提高了 1.5 倍和 1.36 倍。十字加固的开裂荷载分别提高了 1.5 倍和 1.72 倍。单面全抹的开裂荷载均提高接近 2 倍。两面全抹的开裂荷载提高在 2.5 倍以上。对于极限荷载，一斗一眠提高幅度相比三斗一眠稍弱。一斗一眠的边框和十字加固分别提高了百分之十左右，三斗一眠则都在百分之三十以上。单面全抹的墙体提高了一倍左右，双面全抹的提高在 1.5 倍以上。（3）未加固的空斗墙体滞回环和能量耗散系数均比较小，加固后的滞回环面积明显增大，极限能量耗散系数都有不同程度的增加。相同条件下，一斗一眠的要比三斗一眠的滞回环面积大，说明了一斗一眠要比三斗一眠的耗能能力强。加固后滞回面积增长基本都在 2 倍以上。单面全抹和双面全抹的墙体滞回面积在十倍以上。滞回耗能提高比较明显。
..........
参考文献（略）
