農村房屋砌體結構受壓性的調查與研究

翟宏磊　顧樹彬　崔一凡

摘? ? 要：論文總結了當前北方平原地區(qū)的農村砌體結構的特點，并通過了對農村砌體結構房屋的構造情況和震害情況的現場調查分析，進行了對砌體結構柱的受壓實驗，就現有砌體結構的受壓承載力和延性等性能進行理論分析，并提出磚砌房屋的研究方向和改進措施。

關鍵詞：砌體結構;現場調查;受壓實驗;改進措施

1? 引言

自1976年唐山大地震之后的幾十年，城市建設速度進展很快，特別是近年城市建設速度已居世界之首，但范圍廣大的村鎮(zhèn)地區(qū)的村鎮(zhèn)民用住宅，結構布局不合理，造價較低，一旦出現破壞性地震災害，村鎮(zhèn)地區(qū)的房屋便大量倒塌，人員傷亡慘重。就2008 年汶川地震對四川省都江堰、綿陽、廣元、成都等地的建筑物等造成了很大程度的破壞[1]。從災區(qū)房屋建筑震害情況來看，磚砌體結構破壞尤其嚴重，也因此對當地的生產和生活產生了嚴重影響。此類房屋的抗震能力亟需引起人們足夠的重視。

2? 農村房屋現狀調查

本次調查對唐山市農村地區(qū)以及唐山大地震遺址進行研究調查：

（1）農村房屋的結構平面布置隨意性大，房屋高寬比過大，平立面布置不規(guī)則以及出現縱墻設置過少等現象，使墻體無法承受平面內水平地震剪力，以及在地震時容易引起偏心扭轉，發(fā)生與水平向成45°剪切破壞，在往復地震作用下形成X裂縫[2]。

（2）有些的農村房屋沒有設置圈梁、構造柱等抗震措施，使房屋的整體剛度降低，房屋在平面內就更易發(fā)生剪切破壞，使得房屋整體喪失承載能力房屋普遍抗震能力低，從而引起大量房屋破壞甚至倒塌。

（3）水泥砂漿強度不夠、建造不符合相關規(guī)范、工人砌筑質量差是導致墻體破壞的一個主要原因。

3 實驗概況

3.1 試件制作

為了更加了解農村砌體結構的抗壓性能，本文對普通砌體試塊進行受壓性能實驗，考察試件的抗震性能和其受壓承載力。試件尺寸為240mm×240mm×720mm。

3.2? 加載方案

抗壓試驗采用均勻連續(xù)加荷方法，加載速度為5kN/s，且避免沖撞，當試驗機指針明顯回退時，此時記錄下破壞荷載值。

4? 有限元分析

為了進一步研究農村砌體結構的軸心受壓性能和破壞機理，本文在試驗基礎上，結合砌體結構的構造特點，用 ABAQUS 軟件對普通砌體結構受壓性能進行了數值模擬分析[3]，將計算所得荷載-變形關系曲線與實測曲線進行了比較，驗證了所采用的有限元模型參數確定方法的合理性。

4.1? 混凝土與鋼材的本構關系

在結構分析中，混凝土一般認為是均勻的各向同性材料，塑性模型考慮了損傷效應，用來模擬往復或地震作用下的混凝土結構行為效果較好，所以，本文選用混凝土損傷塑性模型來模擬混凝土的受力性能。

鋼的本構關系采用雙折線模型，屈服準則為Mises屈服準則，加固準則選擇后續(xù)加固準則。 根據假設，鋼的彈性模量相同，屈服后的彈性模量為E = 0.01Es，應力 - 應變關系仍然是線性的，泊松比為0.3。

4.2? 普通砌體試塊抗壓性能數值模擬

利用ABAQUS有限元軟件對砌體軸壓試件進行數值模擬。

4.3? 荷載-位移曲線

實際值與模擬計算值的荷載-位移曲線如圖1所示。

荷載小于試件極限荷載時，計算荷載-位移曲線的斜率大于實測骨架曲線的斜率，當荷載大于試件極限荷載時，計算荷載-位移曲線與實測骨架曲線符合較好。由于計算時邊界條件為理想固定約束，計算試件剛度偏大;實際試驗時試件約束較弱，試驗試件剛度較小;荷載超過試件極限荷載時，計算試件與試驗試件的剛度均開始衰減，邊界條件影響作用減弱，兩者曲線符合較好。

5? 測試結果及分析

在加載初期，試件未表現出明顯的開裂等特征，荷載-位移曲線近似為線性，說明此時砌體處于彈性應力狀態(tài)。當加載到140kN時，垂直微裂紋首先出現在試樣的軸向。隨著荷載繼續(xù)增大到205kN，試件斷裂變形發(fā)展較快，現階段開始向外擴展，環(huán)筋混凝土內部的微裂縫對鋼筋與混凝土之間的拉力和粘結力減小，表現為外裂縫迅速擴大，并沿上下發(fā)展。在試件中部，磚向外膨脹，導致磚的外表面凸起，甚至部分磚脫落。此外，可以清楚地聽到試樣內部的裂紋聲。此時，觀測到的荷載-位移曲線的荷載很難保持穩(wěn)定上升，位移也很難保持上升。當荷載達到230kN時，達到試件的極限荷載。此時，試樣被壓碎。試樣的破壞明顯是脆性的。

6? 結論和建議

根據現場調查研究和實驗模擬，可得出結論：（1）當前農村大部分房屋抗震性能低下，村民抗震設防意識薄弱，建造時未按相關規(guī)范進行，急需要采取抗震措施提高其性能。（2）農民建房大多不經過正規(guī)設計，房屋的高寬比違反規(guī)范，擅自改動情況嚴重，結構布局不合理，構造柱和圈梁不設或少設，房屋抗震構造措施不到位等。農房呈明顯脆性，抗壓抗剪能力弱、延性較低。

針對當前農村砌體結構房屋建設提出建議：（1）對村民進行地震相關知識的培訓指導，以及災害發(fā)生時的應急措施。采用合理的結構平立面布置。房屋的平面布置應盡可能簡單、對稱、規(guī)則，豎向布置應盡可能均勻少變化并且控制房屋的高度及高寬比，因為隨著砌體結構房屋高度的增加，房屋的破壞程度加重，倒塌率增加。（2）可以通過采取內藏芯柱[4]的方法提高砌體房屋建筑的抗壓承載力和延性。

參考文獻：

[1] 普建明，譚曉晶.農村磚砌體房屋結構特點及震害分析[J].工程質量，2017（7）：61～65.

[2] 于文，葛學禮，朱立新.四川汶川8.0級地震都江堰周邊村鎮(zhèn)房屋震害分析[J].工程抗震與加固改造，2008（4）：45～49.

[3] 朱成成. 砌體結構水平嵌筋加固有限元分析[D].河北工程大學，2018.

[4] 劉巖，周中一，曹萬林，魏連雨.內置芯柱組合砌體受壓承載力計算分析[J].結構工程師，2015（2）：152～159.

本論文受資助于華北理工大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（X2018372）。