王巧云，韓曉健，萬(wàn)里

（南京工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京 211816）

0 引言

隨著我國(guó)建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展以及墻體材料改革的步步深入，各種非承重輕質(zhì)隔墻板近年來發(fā)展十分迅速。相對(duì)于傳統(tǒng)的普通磚砌筑墻體而言，輕質(zhì)隔墻板是一種新型節(jié)能墻體材料，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、成本低、快速施工、保溫隔熱、隔聲等優(yōu)點(diǎn)[1]，是現(xiàn)代化建筑逐步向框架、大開間方向發(fā)展的需要，也是改善建筑功能、提高建筑質(zhì)量和施工效率，實(shí)現(xiàn)建筑現(xiàn)代化可持續(xù)發(fā)展的需要，目前在建筑建材行業(yè)具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。

本文所述的輕質(zhì)隔墻板是一種用于建筑物隔墻的墻體預(yù)制板，適用于辦公、商務(wù)、居民樓等建筑物的非承重隔墻。它是一種輕質(zhì)陶粒鋼筋混凝土空心墻板，由水泥、砂、輕質(zhì)陶粒、發(fā)泡劑、水等原材料，內(nèi)部夾有冷拔鋼筋網(wǎng)架制成，外形類似空心樓板的墻材，結(jié)構(gòu)及規(guī)格如圖1所示。

圖1 墻板規(guī)及格結(jié)構(gòu)示意

墻板兩邊有公母榫槽，安裝時(shí)只需將板材立起，公母榫涂上少量嵌縫砂漿后拼裝即可。該輕質(zhì)隔墻板具有自重輕、表面平滑、可鑿、可切割、可釘掛、環(huán)保等特點(diǎn)，為建筑設(shè)計(jì)及使用功能帶來靈活性和方便性。同時(shí)，結(jié)合墻體改革，采用墻板作為框架填充墻及內(nèi)隔墻，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的普通燒結(jié)磚墻，適用于建造節(jié)能型建筑，符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保的政策。

1 試驗(yàn)

試驗(yàn)墻板來自江蘇建華新型墻材有限公司生產(chǎn)的輕質(zhì)隔墻板，設(shè)計(jì)了3面由不同高度、不同厚度的隔墻板拼裝而成的原尺度墻體試件模型，并且3面墻體連接在鋼框架內(nèi)，同時(shí)安裝在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。試驗(yàn)在南京工業(yè)大學(xué)土木工程實(shí)驗(yàn)中心、江蘇省土木工程與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)研究的主要內(nèi)容如下：

（1）通過測(cè)試墻板結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性及地震波加載前后的變化情況，判定墻板結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)變化；

（2）通過振動(dòng)臺(tái)真實(shí)再現(xiàn)地震波的作用下，確定墻板的最薄弱部位和破壞狀況；

（3）驗(yàn)證此類輕質(zhì)隔墻板在9度地震設(shè)防烈度下的抗震性能；

（4）對(duì)此類輕質(zhì)隔墻板進(jìn)行抗震安全性評(píng)價(jià)。

2 地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)對(duì)象

為了驗(yàn)證不同規(guī)格隔墻板的抗震性能，設(shè)計(jì)了一個(gè)可同時(shí)安裝3面輕質(zhì)隔墻板的足尺鋼框架模型。鋼框架作為墻板支承結(jié)構(gòu)安裝于臺(tái)面，具有足夠剛度，可以模擬實(shí)際工程中的框架結(jié)構(gòu)。墻板試件選用足尺結(jié)構(gòu)單元，由公司專業(yè)施工隊(duì)采用與實(shí)際工程相同的連接方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝，如圖2所示。

圖2 墻板地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)照片

將高 4.5 m、厚100 mm，高3 m、厚 120 mm和高3 m、厚150 mm共3種規(guī)格的墻板并列安裝于鋼框架內(nèi)。其中，墻①的墻板凈高3 m，采用墻板規(guī)格為3000 mm×595 mm×120 mm；墻②的墻板凈高4.5 m，采用墻板規(guī)格為3000 mm×595 mm×l00 mm和規(guī)格為1500 mm×595 mm×100 mm沿高度方向拼接而成；墻③的墻板凈高3 m，采用墻板規(guī)格為3000 mm×500 mm×150 mm。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面尺寸，3面墻板安裝布置見圖3。

圖3 墻板平面布置

2.2 試驗(yàn)方法與測(cè)點(diǎn)布置

墻板結(jié)構(gòu)的地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)方法是根據(jù)該墻板應(yīng)用工程的實(shí)際場(chǎng)地條件，輸入地震設(shè)防烈度為9度、加速度放大系數(shù)為1.0的地震波，同時(shí)在每級(jí)地震波輸入后進(jìn)行白噪聲掃頻以觀察動(dòng)力特性的變化。依據(jù)GB50011—2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》2008年版[2]，試驗(yàn)地震記錄采用2條強(qiáng)震記錄和1條人工記錄，其中強(qiáng)震記錄分別選取了El Centro波和Taft波。

試驗(yàn)前，首先對(duì)臺(tái)面模型輸入小幅值的、寬頻的（一般取0.5～50 Hz）白噪聲激勵(lì)，確定模型結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼比等特性。然后分別按照9度多遇、設(shè)防以及罕遇地震波順序，依次對(duì)模型水平向輸入不同加速度峰值的地震波激勵(lì)[3]。同時(shí)，利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及加速度傳感器和位移傳感器，測(cè)試臺(tái)面墻體試件的加速度、位移反應(yīng)，從而判斷被測(cè)試墻板的抗震性能。具體試驗(yàn)工況如表1所示。

表1 模型試驗(yàn)工況

試驗(yàn)主要測(cè)試墻板和鋼架的加速度反應(yīng)、墻板的位移反應(yīng)、觀察墻板地震作用下的開裂和破壞情況，以及墻板與鋼架結(jié)構(gòu)連接可靠性。試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷募铀俣葴y(cè)點(diǎn)共有7個(gè)，每面墻體的鋼梁與墻板頂部各布置1個(gè)加速度傳感器，鋼梁基底布置1個(gè)加速度作為參考（見圖4）；位移測(cè)點(diǎn)6個(gè)，每面墻體的鋼梁底部與墻板頂部各布置1個(gè)位移傳感器（見圖5）。

圖4 加速度測(cè)點(diǎn)布置

圖5 位移測(cè)點(diǎn)布置

3 墻板地震反應(yīng)分析

3.1 模型模態(tài)的確定

本試驗(yàn)對(duì)模型結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性（模態(tài)參數(shù)）的識(shí)別是基于頻響函數(shù)估計(jì)原理，通過對(duì)臺(tái)面及結(jié)構(gòu)基底輸入有限帶寬白噪聲信號(hào)激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別。白噪聲信號(hào)的特點(diǎn)是其功率譜為常數(shù)，因此，可以對(duì)輸入激勵(lì)后結(jié)構(gòu)的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行功率譜密度函數(shù)估計(jì)，從而獲得結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)[4]。

試驗(yàn)過程中，為了測(cè)試墻板結(jié)構(gòu)在地震作用前后動(dòng)力特性的變化，在地震作用前后分別輸入加速度峰值為0.05 g、頻帶寬為0.1～35 Hz的白噪聲。由北京東方所的振動(dòng)測(cè)試與分析專用軟件對(duì)模型各部位測(cè)點(diǎn)的加速度響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行模態(tài)分析，得到模型在地震作用前后的頻率見表2。

表2 墻體結(jié)構(gòu)地震作用前后頻率變化

從表2可以看出，各級(jí)地震作用后結(jié)構(gòu)的主頻都略有降低，到了9度罕遇地震作用后，結(jié)構(gòu)一階主頻下降了5.6%。

3.2 模型加速度反應(yīng)

本次墻板抗震試驗(yàn)采用2條實(shí)際地震記錄（El Centro和Taft）、1條人工合成地震記錄作為振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的輸入地震波，進(jìn)行了不同強(qiáng)度（9度多遇、設(shè)防、罕遇）的地震模擬試驗(yàn)，測(cè)試了各墻體結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)結(jié)果，見表3～表5。

表3 9度多遇時(shí)的最大加速度反應(yīng)

表4 9度設(shè)防時(shí)的最大加速度反應(yīng)

表5 9度罕遇時(shí)的最大加速度反應(yīng)

由表3～表5墻體加速度反應(yīng)的峰值可知，墻體出平面方向（臺(tái)面運(yùn)動(dòng)方向）的加速度放大許多。在9度多遇地震波下，高度相同的墻①、墻③加速度放大系數(shù)基本相當(dāng)；隨著不同地震波的變化，墻①、墻③頂部放大系數(shù)為1.99～2.77，而高度為4.5 m的墻②墻板頂部放大系數(shù)為3.66～4.54，相對(duì)墻①、墻③增大明顯。在9度基本設(shè)防和9度罕遇的不同強(qiáng)度地震波輸入下，墻板頂部放大系數(shù)隨之略有增大。圖6為地震波輸入后各工況下模型的加速度放大系數(shù)[5]。

圖6 模型加速度放大系數(shù)

3.3 模型相對(duì)位移反應(yīng)

本次試驗(yàn)中，主要關(guān)注各墻板結(jié)構(gòu)的相對(duì)位移反應(yīng)[6]，即墻板頂部相對(duì)于臺(tái)面（結(jié)構(gòu)基底）的位移D，相對(duì)位移最大值見表6～表 8。位移隨地震強(qiáng)度的增加而增加。經(jīng)過9度罕遇地震作用后，墻①、墻②、墻③的相對(duì)位移最大值分別達(dá)到4.85、8.72、5.25 mm；并且在Taft波罕遇地震作用下，墻板相對(duì)位移角倒數(shù)為1/516，說明墻板開始趨于彈塑性狀態(tài)；在試驗(yàn)過程中，墻板結(jié)構(gòu)各部分聯(lián)接無異常，并且墻板未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，外觀良好。

表6 9度多遇時(shí)墻板相對(duì)位移反應(yīng)

表7 9度設(shè)防時(shí)墻板相對(duì)位移反應(yīng)

表8 9度罕遇時(shí)墻板相對(duì)位移反應(yīng)

4 結(jié)論

（1）對(duì)墻體模型結(jié)構(gòu)按設(shè)防烈度9度依次輸入9度多遇、9度設(shè)防和9度罕遇地震共9次地震波作用后，墻板均未出現(xiàn)明顯裂縫，墻板結(jié)構(gòu)聯(lián)接可靠無異常，外觀良好。

（2）由墻板結(jié)構(gòu)的最大加速度反應(yīng)可知，輸入不同強(qiáng)度的地震波激勵(lì)后，高度相同的墻①、墻③加速度放大系數(shù)基本相當(dāng)，其墻板頂部放大系數(shù)為1.8～2.7、高度為4.5 m的墻②比墻①和墻③的加速度反應(yīng)要大許多，其墻板頂部放大系數(shù)為3.66～4.54。隨著地震作用強(qiáng)度增加，墻板頂部放大系數(shù)隨之略有增大。

（3）由墻板的相對(duì)位移反應(yīng)可知，在9度多遇和9度設(shè)防地震作用下，墻板處于彈性工作狀態(tài)；9度罕遇地震作用下，墻板趨于彈塑性工作狀態(tài)。

（4）在主體結(jié)構(gòu)變形安全的情況下，該層高的送檢墻板能夠達(dá)到9度設(shè)防的要求，具有抵抗9度多遇和9度罕遇地震的能力。

[1]王瓊.輕質(zhì)隔墻板的研究[J].科技信息，2011（12）：322.

[2]GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]周穎，呂西林.建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)方法與技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2012：:81-89.

[4]朱立新，葛學(xué)禮，于文，等.村鎮(zhèn)單層實(shí)心磚墻房屋模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J].工程抗震與加固改造，2011，33（2）：70-76.

[5]李國(guó)強(qiáng)，方明霽，陸燁.鋼結(jié)構(gòu)建筑輕質(zhì)砂加氣混凝土墻體的抗震性能試驗(yàn)研究[J].地震工程與工程振動(dòng)，2005，25（2）：83-87.

[6]李國(guó)強(qiáng)，趙欣，孫飛飛，等.鋼結(jié)構(gòu)住宅體系墻板及墻板節(jié)點(diǎn)足尺模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J].地震工程與工程振動(dòng)，2003，23（1）：64-