现场发泡夹心墙抗震性能模型试验与数值试验研究

摘要

我国单位建筑面积采暖能耗是发达国家标准的3~5倍以上，但热舒适程度远不如人。建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最为直接、有效的方式，是缓解能源问题的最有效措施。建筑能耗中，通过外墙的能耗约占建筑总能耗的50%以上，因而墙体保温是实现建筑节能的关键。节能墙体有单一节能墙体和复合节能墙体两种形式。单一节能墙体以加气混凝土墙为代表，其热稳定性差、施工周期长、运输量大、工艺复杂、网状裂纹与直线裂缝为质量通病，直接影响到建筑物的安全性、耐久性、美观和使用功能，因此阻碍了单一节能墙体在实际工程中的使用和发展。复合节能墙体主要包括外墙内保温、外墙外保温和夹心墙保温技术。内保温由于裂缝问题严重，难以避免热桥等缺点，所占比例逐年降低，已成为一种过渡的、落后的构造形式。目前，国内外应用最广的节能墙体是外保温。我国外墙外保温工程的耐久性问题十分严重，无法保证在正确使用和正常维护条件下25年的使用年限，部分工程仅可使用3~5年。夹心墙是唯一能达到集承重、保温(隔声)和装饰于一体、适于不同地区的耐久性节能墙体。目前，夹心墙采用填充苯板等方式，施工复杂、工期长，在实际施工中容易出现质量问题，这已经影响了该技术的进一步推广应用。节能墙体保温层耐久性问题已成为中外建筑节能专家面临的主要问题，寻求一种经济、施工简单快捷、节能效果好、保温层与建筑同寿命的耐久性节能墙体技术刻不容缓。因此提出一种新型节能墙体——现场发泡节能夹心墙。采用现场发泡浇筑技术，在内外叶墙砌筑过程中不需考虑保温材料的填充，使施工经济、简单、快捷；并且接缝处缝隙大、贴和不严密、存在保温薄弱部位等问题得到有效解决。但不同楼层夹心墙的工作机理，如墙体的稳定性、拉接件参与变形能力、夹心墙的破坏形态等需要深入研究。为此对现场发泡夹心墙抗震性能进行模型试验研究，通过数值试验对比分析对相关的试验研究与理论进行验证，最后通过大量变参数的数值试验，对现场发泡夹心墙的构造参数进行优化研究。主要工作如下： 为了研究竖向压应力对夹心墙抗震性能的影响，对6片现场发泡夹心墙和1片实心墙进行变竖向压应力的水平低周反复荷载试验。试验研究结果表明构造柱的存在可以有效改善墙体的变形能力，并且现场发泡保温浆料具有较高的黏结强度、抗剪强度和抗压强度，对墙体承载力有一定有利影响。钢筋混凝土梁挑耳在加强内外叶墙连接中起主要作用，而且在保证外叶墙平面外稳定性方面也起主要作用。当墙体严重破坏开裂时，拉接件可以起到对墙体支撑或拉接作用，有效防止墙面倒塌掉落。拉接件与钢筋混凝土挑耳在夹心墙中分工不同，是协调夹心墙整体工作的主要构造措施，应合理设计使各自充分发挥作用。 为研究现场发泡夹心墙的抗震承载力，通过平面内的抗震性能试验，分析了一些构造措施对墙体受力性能和变形性能的影响，并分析了竖向压应力对相对位移差有一定影响，构造柱的存在可以有效改善墙体的变形能力。根据内外叶墙协同工作性能研究可知，夹心墙抗震抗剪承载力计算考虑外叶墙的有利作用是合理的。采用组合截面抗剪计算模式，根据试验结果回归得出内外叶墙协同工作系数，推导出现场发泡夹心墙抗震抗剪承载力计算公式。公式计算值与试验结果对比可知标准差与变异系数均满足规范要求，表明现场发泡夹心墙抗震抗剪承载力计算公式与实际情况符合较好。 为研究现场发泡夹心墙变形性能，通过平面内的抗震性能试验，得到了墙体滞回曲线、骨架曲线、延性系数、能量耗散系数和刚度退化曲线等，分析了竖向压应力变化对现场发泡夹心墙的破坏特征、破坏机制、稳定性能、延性性能、耗能能力、刚度退化等影响。研究结果表明构造柱、拉接件和钢筋混凝土梁挑耳有效改善了墙体变形能力和整体性能，夹心墙具有较好的变形性能。 为验证试验结果及相关理论，建立现场发泡夹心墙平面内和平面外抗震性能数值试验研究模型，分别对13片和7片现场发泡夹心墙进行数值试验研究。由于各构件之间接触面的定义造成墙体刚度增大，数值试验最大荷载的平均值略大于模型试验实测值，数值试验夹心墙的平均位移值略小于模型试验实测值。数值试验的相对位移差平均值略小于模型试验实测值。总体上看，试件数值试验承载能力结果和模型试验实测承载能力相差不大，表明现场发泡夹心墙平面内和平面外的数值试验与模型试验吻合较好。 为寻求现场发泡夹心墙的最佳构造参数，对夹心墙平面内和平面外受力进行大量变参数的数值试验研究。通过不同竖向压应力、空腔厚度、拉接件形状及布局的数值试验，分析现场发泡夹心墙的构造参数变化对平面内和平面外的抗震性能的影响。通过系统分析，对现场发泡夹心墙的构造参数进行优化设计。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 现场发泡夹心墙平面内抗震性能试验研究

第三章 现场发泡夹心墙平面内抗震性能数值试验研究

第四章 现场发泡夹心墙平面外抗震性能数值试验研究

第五章 结论与展望

参考文献

作者简介

致谢