混凝土空心砌块填充墙RC框架抗震性能试验研究.pdf

建筑结构学报Journal of Building Structures 第 33 卷 第 2 期 2012 年 2 月 Vol. 33No. 2Feb． 2012 015 文章编号 1000-6869 2012 02-0110-09 混凝土空心砌块填充墙 RC 框架抗震性能试验研究 黄群贤，郭子雄，朱雁茹，刘阳 华侨大学 土木工程学院，福建泉州 362021 摘要 通过对 4 榀单层单跨填充墙 RC 框架试件在水平低周往复荷载作用下的抗震性能试验， 研究了填充墙砌块类型及高 宽比对框架结构抗震性能的影响， 对试件的破坏特征、 滞回曲线、 骨架曲线、 位移延性、 刚度退化、 强度退化和耗能性能等进 行了分析。试验结果表明 框架柱和填充墙的受剪承载力之比是影响结构破坏形态的重要因素， 满足 “强框架， 弱填充墙” 要求的 4 个试件均发生梁柱端塑性铰破坏， 具有良好的抗倒塌性能; 填充墙的存在影响了结构的滞回性能， 提高了框架结 构的抗侧刚度、 水平承载力和滞回耗能能力; 在相同位移幅值下， 混凝土空心砌块填充墙的破坏程度比实心黏土砖填充墙 的严重， 存在一定的安全隐患。 关键词 钢筋混凝土框架;填充墙;混凝土空心砌块;拟静力试验;抗震性能 中图分类号 TU398. 5TU317. 1文献标志码 A Experimental study on seismic behavior of RC frames infilled with concrete hollow blocks HUANG Qunxian，GUO Zixiong，ZHU Yanru，LIU Yang College of Civil Engineering，Huaqiao University，Quanzhou 362021，China AbstractFour reinforced concrete frames with infilling walls were tested under cyclic loading to investigate the effects of masonry material and height- width ratio on the seismic behavior of specimens． Based on the test results， the damage characteristics， load- displacement hysteretic curves， skeleton curves， bearing capacity， displacement ductility， rigidity degradation，strength degradation and energy dissipation were analyzed． The test results indicate that the shear strength ratio of frame to infilling wall is a critical factor that influences the failure mode of frame． Plastic hinges occur at the end of column and beam． A satisfactory collapse- resistance is observed for the specimens which can meet the principle of‘strong frame and weak infilling wall’ ． The infilling wall enhances the lateral stiffness，ultimate capacity，the energy dissipation capacity of frames． And the hysteretic characteristics of frames． The damage degree of concrete hollow blocks infilling wall is more serious than that of solid clay bricks． Keywordsreinforced concrete frame;infill wall;concrete hollow block;pseudo- static test;seismic behavior 基金项目 国家自然科学基金面上项目 50978107， 51178197 ，福建省自然科学基金项目 2010J0129 ，华侨大学基本科研业务费专项基 金项目 JB- ZR1160 。 作者简介 黄群贤 1977 ， 男， 福建泉州人， 工学博士， 副教授。E- mail huangqx hqu. edu. cn 收稿日期 2011 年 1 月 011 0引言 填充墙对框架结构抗震性能的影响一直被受关 注， 开展了大量卓有成效的研究工作 ［1-4 ］。近年来国 内外几次强烈地震， 特别是 5 12 汶川特大地震 ［5 ］造 成大量的填充墙框架破坏， 实际震害再次表明， 在地 震作用下填充墙与框架结构之间存在复杂的相互作 用， 对结构的抗震性能有很大的影响。未考虑填充 墙与框架之间相互作用的抗震设计难以保证结构在 地震作用下的抗震性能。 我国现行抗震规范关于填充墙 RC 框架的设计 规定都是基于黏土砖填充墙框架的试验研究成 果 ［6- 8 ］， 随着墙改政策的落实和新型墙体材料的推广 使用， 新型墙体材料已逐步替代黏土砖并成为主要 墙体材料。但由于缺乏对新型砌体填充墙 RC 框架 结构抗震性能的相关研究， 限制了新型墙材的进一 步推广应用。此外， 作为非结构构件的填充墙本身 的破坏， 不仅影响建筑的使用功能， 而且增加修复费 用， 严重的填充墙破坏甚至可能危及生命安全或影 响紧急疏散， 以至于地震工程界往往将填充墙的破 坏程度作为结构使用功能正常发挥和地震作用下生 命安全的重要判据。因此， 在目前基于性能的抗震 设计理论、 汶川地震中填充墙框架严重灾害和禁用 黏土砖提倡节能的政策背景下， 有必要深入研究新 型砌块填充墙框架抗震性能及不同抗震性能水平的 评价指标， 以便为新型砌块填充墙框架基于性能抗 震设计提供依据。 本文通过 4 个 1∶ 2 比例的单层单跨填充墙 RC 框架试件的低周反复加载试验， 研究砌块类型和填 充墙高宽比对框架结构抗震性能影响。 1试验概况 1. 1试件设计与制作 试验共制作了 4 榀单层单跨试件， 试件模型与 原型的几何比例为 1∶ 2， 试验参数包括填充砌块类型 和填充墙高宽比， 填充墙砌块选取混凝土空心砌块 和实心黏土砖砌块， 试件的高宽比取 1∶ 1. 5 和 1∶ 2. 0 两种， 试件基本参数如表 1 所示。其中空框架试件 BF 和实心黏土砖填充墙框架试件 MWF1 为对比试件。 框架柱截面尺寸均为 250 mm 250 mm， 梁截面 尺寸为 200 mm 250 mm， 框架水平力作用点位置距 柱底为 1 375 mm。试件按现行混凝土设计规范规定 的 “强柱弱梁” 的原则进行配筋设计， 以保证框架梁 铰破坏机制， 节点处箍筋沿柱贯通布置。框架混凝 土设计强度等级为 C35， 柱的设计轴压比 n 0. 35。 框架几何尺寸及截面配筋如图 1 所示。 注 括号内数据为试件 MWF3 尺寸， 梁、 柱端箍筋加密区 长度均为 250 mm 图 1框架几何尺寸及配筋 Fig． 1Specimen geometry and steel detailing 表 1试件基本参数 Table 1Parameters of specimens 试件 编号 砌块类型 砌块强 度等级 砂浆强度/ MPa 高宽比 墙厚/ mm BF1∶1. 5 MWF1黏土砖MU104. 41∶1. 5120 MWF2混凝土空心砌块MU5. 04. 41∶1. 5180 MWF3混凝土空心砌块MU5. 04. 41∶2. 0180 框架梁和柱纵向受力钢筋均采用 HRB335 钢筋， 箍筋采用 HPB235 钢筋， 其实测力学性能见表 2。试 件采用立模浇筑的施工方式， 底梁和主体框架分开 浇筑， 先浇筑底梁后浇筑框架， 最后砌筑填充墙。试 件混凝土在实验室内配置， 混凝土立方体抗压强度 平均值为 34. 5 MPa。混凝土空心砌块采用满足节能 要求的自保温砌块， 其外观特征和几何尺寸如图 2 所示， 砌块强度等级为 MU5. 0， 实心黏土砖的几何尺 寸为 240 mm 115 mm 53 mm， 强度等级为 MU10。 砌筑砂浆立方体抗压强度平均值 4. 4 MPa。在砌筑 填充墙的同时为每一种砌块制作了 1 组 3 个 砌体 抗压试件， 如图3 所示。测得混凝土空心砌块砌体抗 压强度平均值 2. 3 MPa， 弹性模量为5 270 MPa; 黏土 砖砌 体 抗 压 强 度 平 均 值 5. 4 MPa， 弹 性 模 量 为 4 622 MPa。 1. 2加载装置及量测方案 试验加载装置如图 4 所示。试验采用 2 台竖向 千斤顶对柱施加竖向荷载至预定轴力， 在试验过程 中柱轴力恒定不变。在每台千斤顶上部均安装有低 摩阻滑动板， 使千斤顶在水平加载时可沿上部低摩阻 111 表 2钢筋实测力学性能 Table 2Properties of reinforcing bars 钢筋种类 fy/MPafu/MPaEs/MPa εy/10 －6 63385431. 97 1051 715 123484672. 01 1051 731 163465292. 06 1051 680 注 fy为屈服强度; fu为抗拉强度; E s为弹性模量; εy为钢筋屈服 应变。 图 2混凝土空心砌块几何特征 Fig． 2Geometrical characteristic of concrete hollow block 图 3砌体抗压强度试验 Fig． 3Test of compressive strength of masonry a试验加载装置示意图 b加载装置照片 图 4加载装置 Fig． 4Test setup 滑动板水平移动。水平荷载由 MTS 液压伺服加载系 统施加在梁端， 通过端板与拉杆实现水平往复荷载 的施加。整个加载过程采用 MTS- GT 控制系统控制。 水平加载采用位移控制， 具体加载制度如图 5 所示。试件屈服前各位移幅值循环1 次， 屈服后在各 幅值下循环 3 次。试件承载力降至峰值荷载的 80 后， 试验终止。 图 5水平荷载加载制度 Fig． 5Horizontal loading history 试验量测内容包括 ①采用 LVDT 测量试件关键 位置的变形; ②采用电阻应变片量测梁、 柱的纵筋和 箍筋在关键受力区域的应变值; ③采用纸基应变片， 以应变花形式贴于墙体表面， 测量墙体各处主应变 发展。所有荷载、 位移和应变信号通过 MTS- GT 控制 器和 IMP 数据采集仪自动采集。 2试验破坏现象 2. 1主要破坏现象 各试件的最终破坏形态如图 6 所示。在位移角 为 1/1 000 Δ 1. 38 mm 循环中， 试件 BF 和试件 MWF1 未出现可观察裂缝; 试件 MWF2 墙体顶部砖 缝处出现第 1 条裂缝; 试件 MWF3 梁右端与墙体脱 开并出现第 1 条阶梯形裂缝， 且柱与墙交界处也开 裂。在位移角为 1/700 Δ 1. 96 mm 循环中， 试件 MWF1 右 柱与 墙交 界 面 出 现 第 1 条 裂 缝。试 件 MWF2 梁与墙接触面裂缝贯通， 墙与柱接触面开裂， 同时墙体角部出现阶梯形裂缝; 试件 MWF3 柱与墙 接触面裂缝贯通。此循环中卸载后裂缝均很快闭 合， 试件无残余变形， 所有试件处于弹性工作状态。 在位移角为 1/500 Δ2. 75 mm 循环中， 试件 BF 左 梁左端部出现第 1 条弯曲裂缝， 并在梁底贯通; 试件 MWF1 墙角出现阶梯形裂缝; 试件 MWF2 墙面形成 多条阶梯形裂缝， 其中一条沿整个墙面贯通; 试件 MWF3阶梯形裂缝继续向下扩展， 随着位移的增大， 211 图 6各试件最终破坏形态 Fig． 6Ultimate failure modes of specimens 梁与墙体接触面裂缝贯通， 并与阶梯裂缝相连贯通。 在位移角为 1/300 Δ 4. 58 mm 循环中， 试件 BF 梁端不断产生新的裂缝， 柱下端产生第 1 条水平 弯曲裂缝。在此位移角幅值下， 填充墙试件主体框 架均在梁端产生了弯曲裂缝， 但梁柱纵向钢筋应变 均未达到屈服应变。此外填充墙裂缝继续开展， 试 件 MWF1 填充墙对角线阶梯形裂缝沿整个墙面贯 通。在位移角为 1/200 Δ 6. 88 mm 循环中， 填充 墙试件主体框架柱柱端产生弯曲裂缝。 在位移角为 1/150 Δ 9. 17 mm 循环中， 随着 循环次数的增多， 各试件主体框架产生大量新的裂 缝， 原有裂缝在梁和柱侧面贯通， 裂缝加宽， 各试件 产生一定的塑性变形， 柱纵筋屈服， 试件处于屈服状 态， 在此位移幅值下循环 3 次， 填充墙沿墙上多条水 平灰缝滑移摩擦耗能。 在位移角为 1/65 Δ 21. 15 mm 循环中， 裂缝 数量基本稳定， 旧有裂缝不断开展、 延伸， 裂缝加宽。 试件 BF 梁端主要裂缝宽度超过3 mm， 柱根部与梁端 部混凝土明显起皮并伴有剥落。试件 MWF2 墙体中 部裂缝宽度达到 10 mm， 部分砌块被拉断， 试件塑性 变形增大。试件 MWF3 砌块表面不断破裂掉落， 填 充墙对框架的约束效应减弱， 梁、 柱受压区混凝土逐 步压碎剥落， 形成梁柱端塑性铰， 试件塑性变形增 大， 承载力逐步降低。 在位移角为 1/50 Δ 27. 50 mm 循环中， 框架 梁端和柱根部混凝土起皮压碎剥落， 试件 MWF2 和 MWF3， 空心砌块大面积破裂掉落。在位移角为 1/25 Δ 55. 00 mm 循环中， 主体框架根部混凝土 大量剥落， 箍筋裸露， 试件产生较大的塑性变形， 残 余变形较大， 承载能力下降超过峰值荷载的 85， 试 验结束， 各试件主体框架最终均发生梁柱端塑性铰 破坏。表 3 给出了试件主要试验阶段层间位移角。 表 3试件主要试验阶段层间位移角 Table 3Story drift corresponding to main stages of specimens 试件 编号 层间位移角 墙框交 界初裂 墙体 初裂 墙缝沿水 平方向整 墙面贯通 梁 初裂 柱 初裂 柱纵筋 屈服 砌块 掉落 BF1/500 1/3001/151 MWF1 1/9001/5001/3011/300 1/2001/174 MWF2 1/1 000 1/9171/6481/300 1/2111/1931/50 MWF3 1/1 000 1/1 0001/5861/321 1/2001/1761/65 2. 2试验破坏现象小结 从以上的试验现象可以看出 1 混凝土空心砌体填充墙开裂早于黏土砖填 充墙。由于填充墙与框架之间无特殊连接， 填充墙 与框架周边在加载初期即出现裂缝， 初裂时位移角 为 1/900 ～1/1 000。混凝土空心砌块填充墙墙面初 裂较早， 墙面初裂与墙框交界初裂同时发生， 远小于 黏土砖填充墙的初裂位移角 1/500。在混凝土空心 砌块填充墙沿水平方向贯通时， 其位移角为 1/648 ～ 1/586， 而实心黏土砖为 1/300。 2 混凝土空心砌块填充墙的破坏程度比实心 黏土砖填充墙严重。试验过程中， 黏土砖未出现掉 落， 保持良好整体性; 空心砌块在大位移角下砌块壁 肋被拉断， 空心砌块壁整片剥落， 存在一定的安全隐 患。因此， 对空心砌块填充墙应设置其它构造措施， 311 保证其整体性， 如改进其截面形式， 增加连接砌块壁 肋的数量等。 3 填充墙的存在延缓了主体框架的开裂。各 试件主体框架均呈现梁先开裂后柱开裂的现象， 试 件 BF 梁、 柱初裂时层间位移角分别为 1/500 和 1/300， 而填充墙框架的梁和柱初裂时层间位移角大 致在 1/300 和 1/200， 表明由于填充墙参与了水平力 分配， 承担了部分水平荷载， 使得主体框架内力变 小， 延缓了框架梁、 柱的开裂。 4 填充墙框架柱纵筋屈服时层间位移角小于 空框架。随着填充墙水平裂缝的贯通， 填充墙对框 架的刚度效应和约束效应逐步削弱， 填充墙承担的 水平荷载降低， 主体框架内力增大， 使框架柱纵筋进 入屈服。填充墙框架的柱纵筋屈服时的层间位移角 为 1/193 ～ 1/174， 空框架的柱纵筋屈服时的层间位 移角为 1/151。 5 在水平荷载作用下， 填充墙的约束效应使与 之相连框架柱的剪跨比减小， 最终改变框架的破坏 形态， 故框架结构的破坏形态与框架柱的受剪承载 力及填充墙对框架柱约束效应的强弱有关， 而约束 效应的强弱也可由填充墙的水平承载力体现。因 此， 框架与填充墙的受剪承载力之比是影响结构破 坏形态的重要参数， 其表达式为 ξ Vcu Vwu 1 其中 Vcu为与填充墙相连柱的受剪承载力， Vwu 为填 充墙的水平承载力。当 ξ ＞ ξ0时， 即结构满足“强框 架， 弱填充墙” 的要求， 则框架柱发生弯曲破坏; 否则 结构属于 “弱框架， 强填充墙” 类型， 框架柱发生剪切 破坏。定义 ξ0为临界破坏系数， 与框架柱与填充墙 的连接方式和砌块类型等有关。 图 7试件 MSF 最终破坏状态 Fig． 7Ultimate failure modes of MSF 文献［ 9- 10］ 开展了填充墙布置形式对框架抗震 性能的试验研究， 给出了“弱框架， 强填充墙” 试件 MSF 的破坏形态， 与填充墙相连的柱最终发生了剪 切破坏， 如图 7 所示。该试件填充墙砌块为 MU10 黏 土砖，砌 筑 砂 浆 的 立 方 体 抗 压 强 度 平 均 值 为 9. 78 MPa。而本次试验砌筑砂浆的立方体抗压强度 平均值仅为 4. 4 MPa， 满足“强框架， 弱填充墙” 要求 的 4 个试件均发生梁柱端塑性铰破坏。表 4 给出了 这 4 个试件框架柱与填充墙受剪承载力之比的计算 值， 从表 4 可以得到， 对黏土砖填充墙， 当 ξ ＞ 3. 53 时， 结构属于 “强框架， 弱填充墙” 类型， 主体框架发 生梁柱端塑性铰破坏; 当 ξ ＜ 1. 63 时， 结构属于“弱 框架， 强填充墙” 类型， 主体框架柱出现剪切破坏; 对 混凝土空心砌块填充墙， 当 ξ ＞ 2. 73 ， 主体框架会发 生梁柱端塑性铰破坏。由于试验数量有限， 临界破 坏系数 ξ0的取值仍有待进一步研究。 表 4框架柱与填充墙受剪承载力比 Table 4Shear strength ratio of column to infill wall 试件编号砌块类型 Vcu/kNVwu/kN ξ MWF1黏土砖178. 150. 53. 53 MWF2混凝土空心砌块178. 145. 63. 91 MWF3混凝土空心砌块178. 165. 12. 73 MSF黏土砖97. 159. 51. 63 3试验结果分析 3. 1滞回特性 试件的 P- Δ 滞回曲线如图 8 所示。从图中可以 看出 1 试件 BF 发生梁、 柱端塑性铰的弯曲破坏形 态， 其滞回曲线在层间位移角 1/65 Δ 21. 15 mm 之前呈梭形， 试件的残余变形较小。随着位移角的 增大， 试件裂缝不断开展并加宽， 钢筋出现一定的黏 结滑移， 滞回环出现微小的 “捏拢” 。 2 试件 MWF1 在荷载较小时， 其滞回曲线呈梭 形， 当层间位移角大于1/300 Δ 4. 58 mm 时， 填充 墙沿对角线形成贯通的阶梯形裂缝， 试件的滞回曲 线出现一定的捏拢， 随着层间位移角增大， 填充墙形 成多条沿水平方向贯通裂缝， 并沿裂缝出现滑移， 其 滞回环也逐步由 “弓形” 向“倒 S 形” 转变， 表明试件 产生较大的剪切变形。随着位移的增大， 填充墙对 框架的约束效应减弱 ， “捏拢” 效应也逐步减弱。 3试件 MWF2 和 MWF3， 在层间位移角为 1/500 Δ 2. 75 mm 时， 填充墙即出现沿对角线形 成贯通的阶梯型裂缝， 其滞回环出现明显的捏拢， 且 填充墙高宽比越小， 滑移变形造成的捏拢现象越明 显。在层间位移角为 1/150 Δ 9. 17 mm 幅值下， 滞回环形状转变为 “倒 S 形” 。当位移角在 1/50 Δ 27. 50 mm 时， 在循环往复荷载作用下， 混凝土空心 砌块剥落， 填充墙逐步退出工作， 填充墙对框架的约 束效应基本丧失， 主体框架恢复到空框架的工作状 态， 试件的滞回曲线又由 “倒 S 形” 变为 “弓形” 。 4 填充墙参与了试件的滞回耗能， 影响了结构 411 图 8试件 P- Δ 滞回曲线 Fig． 8P- Δ hysteretic loops 的滞回特性， 填充墙的存在提高了结构的水平承载 能力、 侧向刚度和耗能能力， 填充墙试件的滞回环要 比空框架饱满， 滞回耗能面积更大， 体现出更好的滞 回耗能能力。 3. 2骨架曲线 4 个试件的骨架曲线如图 9 所示。骨架曲线上 的开裂、 屈服、 峰值荷载和破坏荷载等主要特征点的 试验结果如表5 所示。开裂荷载点对应试件 MWF1 ～ MWF3 形成第 1 条沿水平方向整墙面贯通裂缝时的 荷载， 屈服点的取值以柱纵筋应变为主要依据， 结合 骨架曲线综合确定。从图 9 和表 5 可以看出 表 5P- Δ 骨架曲线特征点试验结果 Table 5Characteristic values of P- Δ skeleton curves 试件 编号 Pcr/ kN Δcr/ mm Py/ kN Δy/ mm Pmax/ kN Δmax/ mm Pu/ kN Δu/ mm μ Δu /Δ y BF1459. 1319921. 1519155. 006. 02 MWF12324. 572727. 8831919. 9827155. 006. 98 MWF21612. 121997. 1227213. 7523127. 503. 86 MWF31962. 762657. 823348. 9628521. 152. 70 说明 Pcr、 Py、 Pmax、 Pu分别为试件的开裂荷载、 屈服荷载、 峰值荷载及破 坏荷载。 1 填充墙的存在提高了框架的水平承载能力， 提高程度与砌块类型， 砂浆强度及填充墙的高宽比 等有关。黏土砖填充墙框架试件 MWF1 的极限荷载 是空框架 BF 的 1. 60 倍; 而空心砌块填充墙框架试 件 MWF2 和 MWF3 分别是空框架试件 BF 的 1. 37 倍 和 1. 68 倍。且不同层间各位移角下， 填充墙框架承 受的水平荷载均高于空框架试件 BF。 图 9试件骨架曲线 Fig． 9Skeleton curves of specimens 2 填充墙的存在使框架屈服位移变小。空框 架试件 BF 的屈服位移9. 13 mm， 屈服荷载145 kN; 填 充墙框架的屈服位移 7. 12 ～ 7. 88 mm， 屈服荷载 199 ～272 kN。表明由于填充墙刚度效应的影响， 在 相同层间位移角下， 填充墙框架比空框架承担更多 的水平荷载， 随着填充墙开裂， 主体框架内力迅速增 大， 使得框架柱纵筋屈服。 3 不同砌块类型对框架延性的影响差别 显著。试验结束时， 空框架试件 BF 由于发生梁 柱端塑性铰破坏， 其延性系数为 6. 02， 黏土砖填 充墙框架试件 MWF1 由于屈服较早， 后期填充 墙摩擦面未被明显削弱， 试件承载力减小缓慢， 其延性系数为 6. 98， 对于空心砌块填充墙框架 试件 MWF2， 虽然屈服较早， 但试验后期填充墙 摩擦面削弱严重， 填充墙逐步退出工作， 导致试 件后期承载能力迅速降低， 其延性系数仅为 511 3. 86。试件 MWF3 延性系数也仅为 2. 70。 4 虽然混凝土空心砌块填充墙延性系数较小， 但由于试验后期砌块壁剥落， 填充墙对框架的约束 作用减弱， 使得主体框架逐步恢复到空框架的工作 状态， 最终发生梁柱端塑性铰破坏， 因此试件仍保持 较好的抗倒塌性能。在层间位移角为 1/20 时， 填充 墙试件 MWF1、 MWF2 和 MWF3 的水平荷载分别为试 件 BF 的 1. 37、 1. 02 和 1. 18 倍。 3. 3耗能性 试件在不同层间位移角幅值下累积耗能如图 10 所示， 图 11 为不同层间位移角幅值下各试件与空框 架 BF 耗能比。从图 10 ～11 可看出 1 填充墙参与了框架结构的滞回耗能， 在每一 个位移幅值下， 填充墙框架试件总累积耗能量均大 于空框架试件。不同砌块类型对填充墙框架结构耗 能能力的提高程度不同， 黏土砖填充墙框架试件 MWF1 的总耗能量是空框架试件 BF 的1. 31 倍， 而对 于不同高宽比的空心砌块填充墙框架试件 MWF2 和 试件 MWF3， 其耗能能力分别为空框架的 1. 12 倍和 1. 18 倍， 说明高宽比在 1. 5 ～ 2. 0 之间对填充墙框架 的耗能能力影响不大。 图 10累积耗能曲线 Fig． 10Cumulative energy dissipation 图 11耗能比曲线 Fig． 11Energy dissipation ratio 2 在不同受力阶段， 试件耗能主体不同。在层 间位移角 1/150 之前， 主体框架尚处于弹性工作状 态， 未参与试件的滞回耗能， 试件耗能面积很小， 此 阶段填充墙是耗能主体。随着层间位移角的增大和 循环数的增多， 填充墙逐步退出工作， 主体框架承担 更多的水平荷载进入弹塑性工作状态， 参与试件的 滞回耗能， 并逐步成为耗能的主体， 试件的残余变形 和耗能面积明显增大。在层间位移角大于 1/65 时， 试件 MWF2 和 MWF3 混凝土空心砌块逐步被剪断成 片剥落， 填充墙的耗能能力被极大地削弱， 而黏土砖 砌块填充墙仍能保持较好的耗能能力。 3. 4刚度退化 在反复荷载作用下， 试件刚度可以用割线刚度 K 来表示， 4 个试件的刚度退化曲线如图 12 所示。 从图 12 可以看出 ①不同砌块填充墙均对框架 结构具有明显的刚度效应。黏土砖填充墙框架试件 MWF1 的初始侧向刚度是空框架试件 BF 的2. 69 倍， 而空心砌块填充墙框架试件 MWF2 是空框架试件 BF 的 3. 05 倍; ②填充墙框架刚度退化速率较空框架 试件 BF 快， 并且混凝土空心砌块填充墙框架的刚度 退化速率要比黏土砖填充墙框架快; ③试验结束时， 各填充墙框架试件的割线刚度基本与空框架试件 BF 相等， 表明填充墙后期已基本退出工作， 主要由框架 提供抗侧刚度。 图 12刚度退化曲线 Fig． 12Stiffness degradation curves 3. 5强度退化 填充墙框架在反复加载过程中， 某一级位移幅 值下， 填充墙框架的最大荷载随循环次数的增加而 降低的现象称为强度退化。试件的强度退化系数可 按式 2 计算。 λi Pi Pi－1 2 式中 Pi为某一级位移幅值下第 i 次循环的最大荷 载; Pi－1为某一级位移幅值下第 i － 1 次循环的最大 荷载。 表 6 给出了试件在不同层间位移角循环中正反 向加载的强度退化系数。从表6 可以看出， 在各层间 位移角下， 空框架试件 BF 的强度退化系数在所有试 件中最大。对于黏土砖填充墙框架， 在层间位移角 较小时， 填充墙由于刚度较大， 承担较多的水平荷 载， 导致填充墙裂缝开展迅速， 试件的强度退化也较 611 表 6强度退化系数 Table 6Strength degradation index 试件编号加载方向 δ 1/150δ 1/100 δ 1/65 δ 1/50 δ 1/35 δ 1/25 λ2λ3λ2λ3λ2λ3λ2λ3λ2λ3λ2λ3 BF 正向0. 970. 990. 970. 980. 990. 990. 980. 990. 980. 990. 970. 97 反向0. 990. 990. 970. 990. 990. 990. 980. 990. 980. 990. 970. 98 MWF1 正向0. 920. 940. 910. 960. 910. 930. 930. 940. 910. 940. 880. 93 反向0. 940. 960. 950. 960. 930. 950. 940. 950. 930. 950. 890. 95 MWF2 正向0. 880. 950. 900. 950. 900. 960. 890. 950. 920. 950. 940. 96 反向0. 910. 960. 930. 960. 900. 950. 900. 950. 920. 960. 930. 96 MWF3 正向0. 890. 920. 820. 950. 870. 950. 940. 940. 920. 960. 930. 95 反向0. 910. 940. 860. 960. 880. 960. 950. 960. 920. 950. 940. 98 注 λ2为某一级位移幅值下第 2 次循环的最大水平荷载与第 1 次循环时的最大水平荷载之比; λ3为第 3 次循环的最大水平荷载与第 2 次 循环时的最大水平荷载之比。 快; 填充墙裂缝的开展使得主体框架承担更多的水 平荷载， 填充墙裂缝开展变缓， 使得试件的强度退化 系数又升高; 加载后期， 主体框架承载力也逐步退 化， 加之填充墙强度退化， 使得试件的整体强度退化 系数进一步降低。对于混凝土空心砌块填充墙框 架， 加载前期的试件强度退化规律与黏土砖填充墙 试件 MWF1 相似， 但试件 MWF2 和试件 MWF3 分别 在层间位移角 1/50 和 1/65 时砌块被剪断剥落， 因此 在此循环幅值下试件的强度退化最快， 强度退化系 数最小; 随着填充墙逐步退出工作， 试件逐步恢复到 空框架的工作状态， 其强度退化系数也得到提高。 4结论 通过 4 榀单层单跨填充墙 RC 框架的抗震性能 试验研究， 得到以下结论 1 框架与填充墙的受剪承载力之比是影响结 构破坏形态的重要因素。满足“强框架， 弱填充墙” 要求的 4 个试件均发生梁柱端塑性铰的延性破坏。 2 在相同位移幅值下， 混凝土空心砌块填充墙 破坏程度要比黏土砖填充墙严重， 存在一定的安全 隐患。在实际应用中应对混凝土空心砌块填充墙设 置构造措施， 提高其整体性， 如改进其截面形式， 增 加连接砌块壁肋的数量等。 3 填充墙的存在提高了框架的水平承载能力。 黏土砖填充墙框架试件 MWF1 的承载能力是空框架 试件 BF 的 1. 60 倍; 而空心砌块填充墙框架试件 MWF2 和试件 MWF3 的承载能力是空框架试件 BF 的 1. 37 倍和 1. 67 倍， 表明填充墙的高宽比越小， 滑 移面越大， 对水平承载力的贡献也越大。 4 填充墙框架的延性系数与空框架有显著差 别。黏土砖填充墙框架与空框架延性系数相当， 均 达到 6. 00; 空心砌块填充墙框架的延性最差， 试件 MWF2 和 MWF3 仅为 3. 86 和 2. 70。但加载后期， 随 着填充墙退出工作， 主体框架恢复到空框架的工作 状态， 试件最终发生梁柱端塑性铰的破坏， 承载能力 未出现急剧下降， 仍表现出较好的抗倒塌性能。 5 不同砌块填充墙对框架结构具有明显的刚 度效应。黏土砖填充墙框架试件 MWF1 和空心砌块 填充墙框架试件 MWF2 的初始侧向刚度是空框架试 件 BF 的 2. 69 倍和 3. 05 倍。 6 填充墙框架的刚度退化比空框架快。混凝 土空心砌块填充墙框架的刚度退化要比黏土砖填充 墙框架快。试验结束时， 各填充墙框架试件的割线 刚度基本与空框架试件 BF 相当， 表明填充墙后期已 基本退出工作， 主要由框架提供抗侧刚度。 7 填充墙参与了结构的滞回耗能， 黏土砖填充 墙框架试件 MWF1 的总耗能量是空框架试件 BF 的 1. 31 倍， 空心砌块填充墙框架试件 MWF2 和试件 MWF3 的耗能能力分别为空框架试件 BF 的1. 12 倍和 1. 18 倍。在不同受力阶段， 试件的耗能主体亦不同。 参考文献 ［ 1］ 郭子雄，吴毅彬，黄群贤． 砌体填充墙框架结构抗 震性能研究现状与展望［ J］ ． 地震工程与工程震动， 2008，28 6 172- 177． Guo Zixiong，Wu Yibin， Huang Qunxian． Research and development in seismic behavior of infilled- frame structures［ J］ ．Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration， 2008， 28 6 172- 177． in Chinese ［ 2］ Chaker A A，Cherifati A． Influence of masonry infill panels on the vibration and stiffness characteristics of R/C frame buildings［J］ ． Earthquake Engineering and Structural Dynamics， 1999， 28 10 1061- 1065． ［ 3］ Ricardo P． Perance uation of masonry- inflled RC frames under cyclic loading based on damage mechanics［ J］ ． Engineering Structures， 2005，27 8 1278- 1288． ［ 4］ Kose M M． Parameters affecting the fundamental period of RC buildings with infill walls［J］ ．Engineering Structures， 2009， 31 1 93- 102． ［ 5］ 清华大学、 西南交通大学、 北京交通大学土木工程结 构专家组． 汉川地震建筑震害分析［ J］ ． 建筑结构学 711 报， 2008， 29 4 1- 9． Civil and Structural Groups of Tsinghua University， Xinan Jiaotong University， Beijing Jiaotong University． Analysis on seismic damage of buildings in the Wenchuan Earthquake［J］ ． Journal of Building Structures，2008，29 4 1- 9． in Chinese ［ 6］ 吴绮芸，田家弊，徐显毅． 砖墙