偏心荷载作用下中高层生态复合墙混合结构抗震性能及其全寿命周期设计方法研究

汪钰淞

摘要：本文研究的目的是对偏心荷载作用下高层生态复合墙混合结构抗震性能进行分析，通过探讨其全寿命周期并进行设计，分析了这类墙体的受剪承载力、刚度、变形性能和耗能能力 ，并提出了混凝土小型空心砌块墙的受剪承载力计算公式 ，该公式的计算值较好地符合试验结果。

关键词：偏心荷载作用；高层生态复合墙；混凝土；全寿命周期；混合结构

引言

随着我国城市和农村地区越来越多地使用混凝土微型空心砖，采用加筋混凝土心柱作为一种增强砌块房屋抗震能力的有效手段，对砖砌块进行多次横向加载实验，对其进行了多次横向加载实验，并对其进行了变形、耗能及刚性衰减特性等方面进行了研究。

1. 试验简介

10号砖砌墙的大小和结构见图1，其中，最大的改变是芯柱的充填速率（芯柱数与空穴总数之比）以及正压，每一种试样的填充状态和正压。

2. 试验方案

   1. 试件设计

此10砖砌筑墙体的大小和结构见表1。影响最大的因素为填充速率（芯柱数量与空穴总量之比）及正压。在模型实验中，长桩长度3.6米、短桩长度1.8米、直径 I 5 amm、桩体强度C3a、桩间距3.0倍数（45 amm）、方形桩、洛阳铲打孔、分层充填、再由振动棒打桩；在桩顶处预留压箱的部位，桩的维护周期28日。

2.2加载系统

在单桩静态荷载测试中，使用高精密液压千斤顶，测量范围200 kN，并使用JCQ503A的自动装填装置；控制水泵的分层装载，并对其进行载荷和变形的数据进行记录。根据预测的承载能力特性，自然基础和复合基础的静态承载能力测试，分别选用最大承载能力1 OOkN、1000kN、2000 kN、3200 kN的起重；目前的控制体系中，JCQ503A的一组或两组。并派专人24小时值守，并手工记录相应负荷等级和全部数据。在桩基上，要先将压力箱安装在模板上，然后在桩顶上预留沟道。随后，进行桩顶压箱的修复。在安装压箱理置前，用标尺对基础进行平整。

2.3加载方法

在进行试件的时候，首先采用垂直向荷载，使其维持不变，随后逐步增加横向载荷。在破裂之前，每个阶段进行一次载荷周期；裂纹后，每个阶段的荷载作用周期为3次；当变形达2毫米时，用位移来进行载荷的控制，每个阶段的变形增加2毫米，每个阶段的循环3次.当载荷到达最大载荷（也就是受剪切承载）后，继续按照上面的方式进行载荷直到其能够承受的载荷低于上限载荷的85%为止。

3. 试验结果与分析

   1. 抗震恢复力模型试验变形特征

在正常工况下，在较小的载荷下，桩与桩之间的土体可以承担更大的载荷，而桩的土体则相对较小；当荷载等级增大时，桩-土的受力逐渐增大，桩-土的受力比例增大，而桩-土受力比例增大；同时，土壤的载荷分配比例也随之减小。桩基与桩土的荷载、桩长、桩柱间距、桩身与桩身之间的关系；影响地基强度、地基厚度及地基刚性的主要影响因子。随着桩内土壤的抗压能力降低，桩-土的应力比值逐渐增大；地基厚度愈小，桩-土的应力比率愈大：地基刚性愈高，则愈大。

对填芯砌块墙极限荷载，即受剪承载力的计算，可将受剪承载力极限状态下砌体与芯柱承担的剪力相叠加而得，因此，受剪承载力可用下式来表达，即

（1）

式中，为砌体抗剪强度的正压力影响系数；为零时砌体的抗剪强度；A为砌体毛截面面积； 为芯柱作用系数；芯柱混凝土抗压强度；为芯柱混凝土截面面积。按式(1)在计算心柱抗剪承载能力时，由于砌块墙内插入钢筋的内径通常为10-14 mm，其纵向配筋比例几乎没有明显的改变。为此，结合钢筋与钢筋的抗剪性能，以求钢筋在钢筋受剪承载力的限制条件下所承受的剪力值。

3.2 偏心荷载作用下天然地基基底反力分析

3.2.1 偏心加载示意图

图1 偏心荷载作用下均匀布桩C FG桩复合地基桩顶反力曲线

（④、⑨、⑥轴幕底反力平均位）

3.2.2 试验结果分析

通过对桩土的平均反作用力进行的研究，发现：在桩土中，桩土的平均反作用力总体趋势是：左侧边缘小，右侧边缘大，大致呈直线状，与桩间土的反作用力不同，不会产生右端边缘上的反作用力（不象桩顶反力那样，最大的反作用力不是在右端边缘，而是在靠近右端边缘的内部位置。从桩土的平均反分配来看，最大的反力点不在桩尖的端缘，而在靠近右方的内面，则是由于脚尖上的地震动引起的。

3.3 偏心荷载作用下均匀布桩桩复合地基基底反力分析

3.3.1 偏心加载示意图

图2 偏心荷载作用下局部均勻布桩桩复合地基加载示意图

在荷载初始阶段（例如在偏心方向的一端（下文简称右端）、在偏心方向的一端（以下简称左端）边缘处的桩间土反力大，中间位置小，而右端边缘的反作用力比左侧边缘大，而桩间土的反作用力呈边缘大中间小的曲线型。

3.3.2 试验结果分析

在载荷逐步增加时（例如，桩间土的反作用力也会增加，而在两侧边缘上的反作用力也会有很大的改变，而桩间土的反作用力仍然是边缘大、巾间小的曲线；在大载荷下，左、右边缘的反作用力比中间部分大，而反作用力的形状基本上没有改变，仍然是边缘大而中间小的弯曲。

4. 结束语

1)在砌块墙体内填充加固或增大正应力都可以使墙体的裂缝载荷和最大承载能力（也就是最大承载能力）得到明显改善，但在有限的范围内，正压对其极限承载能力的增强具有限制作用。

2)增大填充量可以使砌块墙体的失效形式得到明显的改变，其应变性能和韧性得到明显的提高。

3)当填料比增加时，砌块墙体的刚性下降，当填料比增加时，墙体的刚性衰减速度减小。

4)填充芯砖墙的抗剪承载能力可用单纯砌体-芯柱受剪承载能力的叠加来进行。在此基础上，在进行数值模拟时，可以考虑到芯柱的影响因子为0.08；在低荷载作用下，纯砖的抗剪强度可以由剪切变形公式来确定，而在高荷载作用下，则按主应力公式进行。。

参考文献

[1]刁现伟. 不规则框架结构抗震性能研究及基于性能的抗震设计[D].同济大学，2019.

[2]王皓. 装配式钢管混凝土桥墩柱在高速公路改扩建跨线桥中的抗震分析及应用[D].河北工业大学，2018.

[3]万小康. 偏心叠合板式剪力墙的抗震性能分析[D].安徽建筑大学，2021.

[4]林泽昕. 偏压荷载作用下GFRP筋混凝土柱试验研究和纵筋配筋率计算[D].武汉理工大学，2018.

[5]陈郡伟，何文福，吴倩芸，黄一沈. 偏心荷载下仓储建筑隔震结构弹塑性地震响应研究[J]. 结构工程师，2017，33(05):94-102.