浅析嵌筋加固技术对砌体抗震性能的影响

引言

对于那些建筑建造年代较为久远，设计时未考虑抗震设防，在较大地震来临时，给人身财产造成重大损失，而拆除重建又会消耗大量的资源也不现实。故对既有砌体结构进行维修、保护、保证其正常使用功能，延长其使用寿命和结构安全性，成为必然的选择。

近年来，抗震加固技术已经越来越受到人们重视，加固技术也是日新月异。尤其是采用的加筋砌体，在地震中表现出了很好的抗震效果。本文研究探讨的是一种改进的配筋墙体加固方式—嵌筋加固技术，通过与无筋墙体做对比，检验其加固效果的好坏。

1 实验

1.1 实验对象选取

由于窗户洞口的设置使墙体横截面积突然减少，在地震作用下，很容易形成裂缝，故本次试验选取地震时抗震性能最为薄弱的窗间墙作为研究对象。

1.2 试件制作和设计

本次试验根据窗间墙和横墙的高宽比，制作了 4 块墙体，两块无筋墙体和两块嵌筋墙体，高宽比分别为 0.7 和 1.75，进行对比。选取某建筑物为研究对象，测算其竖向荷载分别为 1.3MPa 和 0.7MPa , 墙体厚度为240mm，表面抹灰厚度为15mm[1]，以上模型砌体采用最常见的“一顺一丁”砌法，此种砌法对工人技术要求低，但具有搭接好、无通缝、整体性强的特点。抗压、抗剪试件与墙体砂浆均采用同一罐砂浆，试件和试块在室内常温同条件下养护28 天后进行强度检验。

1.3 测点布置及设备

1.3.1 钢筋应变片布置

根据砌体墙体破坏时的形式，当砌体高宽比较小时，属剪切型受力，主要是剪切破坏，一般只出现斜率较小的交叉裂缝；当砌体高宽比较大时，属弯曲受力状态，主要是压弯破坏，轻者出现交叉裂缝或水平裂缝，重者四角压碎崩裂。

1.3.2 砌体墙面应变片布置

由于砌体呈现的破坏形状多为“X”形破坏，为了准确测量出墙体在弹性阶段的应力分布情况，将墙面的应变片按“X”轨迹布置。

1.3.3 位移计布置

采用 MTS 实验机自带的位移计采集位移数据。1# 位移计采集混凝土加载梁的位移△ 1,2# 位移计采集墙体顶点位移△ 2,3# 位移计采集墙体底脚位移△ 3,4# 位移计采集底梁位移△ 4，得出墙体的有效位移为Δ2-Δ3-Δ 4。

1.4 实验设备及目的

本实验采用MTS 试验机对事前制作的2 块高宽比分别为0.7 和1.75的无筋墙体和嵌筋墙体施加竖向恒定荷载后，然后通过MTS 水平动作器作水平低周反复荷载作用，通过对比研究不同的高宽比试件的抗剪承载力、变形、刚度、裂缝开展以及耗能能力等技术指标，研究嵌筋加固对砌体抗震性能的影响。

1.5 实验方法与步骤

本实验为拟静力实验，按照《建筑抗震实验方法规程》对砌体墙体试件进行加载。首先对墙体施加竖向恒定荷载，分别为 QJQ-1 为499KN,QJQ-2 为 377KN。正式加载试验开始前，先预加两次水平荷载，荷载值为墙体预估开裂值的 10% ，在此过程中，主要观察和校正墙体受力情况，是否有扭转、弯曲等现象，同时还需检查水平拉杆的螺帽是否松动、应变数据采集仪和MTS 等仪器设备工作是否正常。

试验一般在检查完预加载没有异常后即开始正式加载。本次试验加载采用正弦波，试验过程：墙体加载，在开裂前采用荷载控制并分级加载，取用破坏荷载的 10% 分级加载，接近开裂时减小极差，采用 5% 极差。在完成两次循环加载后持续加荷 3 分钟，当墙体充分开裂后采用位移控制，按规范要求取开裂时墙体顶部的最大位移值作为基础数值，其后以该基础数值的整数倍为极差进行分级加载，反复加载三次。在加载初期，荷载较小，墙面抹灰层会产生不规则微小裂缝[2]，随着荷载的增大，墙顶位移增长仍然十分有限，可以继续保持荷载控制试验。由于试件墙体表面有抹灰层，会产生肉眼可见的温度裂缝，所以此时对应的荷载可定义为初裂荷载，墙体开裂程度充分时对应的荷载定义为开裂荷

载。

1.6 实验过程

1.6.1 QJQ-1 墙体

试件竖向设计应力为 0.7MPa ，实测灰缝砂浆强度为 7.1MPa，抹灰砂浆强度为 10.3MPa。初步计算水平破坏荷载为 247KN，取整数250KN，估算开裂荷载为破坏荷载 60% ，即 150KN。

施加 499KN 的竖向荷载，分两次，第一次施加 250KN，持续 3 分钟，第二次加载 249KN，持续 10 分钟。然后预加水平荷载，荷载为预估开裂荷载的 10% ，即15KN，反复两次，加载完成后，在试件表面画出初始裂缝，以 25KN 为极差进行水平反复加载。加载初期，试件无任何变化，当加载至 100KN 时，试件水平开槽的端部有裂缝产生，随荷载的加大，水平槽端部的裂缝开始向中部延伸，但很缓慢，当加载到 350KN时，试件右侧底部被略微抬起，说明试件底部与底座之间产生了弯曲裂缝，此时将荷载控制转换为位移控制，位移△ =3mm 。随着位移的增大，试件底部裂缝逐渐变大，并向中部延伸，在加载到△ =12mm ，竖向荷载为390KN 时，墙体破坏，在墙面呈对角式斜向裂缝，停止加载。在裂缝通过水平钢筋时裂缝的位移呈阶梯状式后移，裂缝既不贯通，也不连续，说明钢筋在一定程度上，即在超过正常荷载作用下，起到阻碍或迟滞砌体裂缝的开展作用。

2 实验结果及对比分析

2.1 试件破坏形态

墙体是由砌块和砂浆二部分砌筑而成的一个整体，但从其内部结构组成分析，它既不是一个连续的整体材料，也不是一个完全的弹性材料，而是具有明显不同特征的各向异性的非弹性材料。所以，墙体的应力分布和破坏形态是非常复杂的，甚至是无规律可循的。一般来讲，当水平荷载作用在墙体上时，按受力形态的不同，将会发生三种破坏形态：剪摩破坏、剪压破坏、斜压破坏，这三种破坏并不能严格区分，而是由处于主导地位的破坏状态所表现出来的而给与其名称。

2.2 滞回曲线和骨架曲线

从实验得知：曲线正负位移相差较大，滞回环面积也相差较大，开裂前曲线也较为凌乱，分析原因主要是在实验过程中，构件产生了滑移。反映出构件的塑性变形能力比较强，节点低周反复荷载实验研究性能较好，能较好的吸收地震能量。

2.3 墙体延性系数

延性是反映试件的塑性变形的能力，是极限位移△ u 和屈服位移Δ y 的比值。数据计算证明，嵌筋墙体的延性高于普通墙体。

3 结论

通过以上实验，在竖荷载恒定、同高宽比情况下，采用水平低周反复荷载作用下，可得出如下结论：根据各试件的破坏形态可分析得出，WJQ 墙体是被剪压和受压处于主导地位的力所破坏，而在 QJQ 墙体中处于主导地位的是剪切和剪摩作用；QJQ 墙体的水平抗剪能力和水平位移比 WJQ 墙体高；高宽比较大的 WJQ-1、QJQ-1 和高宽比较小的 QJQ-2 塑性变形能力都较强，具有良好的抗震性能和耗能能力；QJQ 墙体的延性要略高于 WJQ；QJQ 墙体开裂前的刚度退化较慢，耗能较好，墙体开裂屈服后，与WJQ 基本一致了。

参考文献

[1] 张风亮 , 梁钰强 , 刘祖强 , 等 . 聚丙烯网水泥砂浆面层加固砖砌体农房振动台试验研究 [J]. 建筑结构学报 ,2024,45(5):69- 80.

[2] 张风亮 , 马东 , 刘祖强 , 等 . 单面聚丙烯网聚合物砂浆加固砖砌体墙抗震性能试验研究 [J]. 建筑结构学报 ,2024,45(12):137- 147.

作者简介：刘君磊，（1990 08 04），男，汉族，籍贯内蒙古，毕业院校：内蒙古工业大学，土木工程专业，学历本科，职称工程师，研究方向：土木工程施工技术。