翟宏磊　顾树彬　崔一凡

摘    要：论文总结了当前北方平原地区的农村砌体结构的特点，并通过了对农村砌体结构房屋的构造情况和震害情况的现场调查分析，进行了对砌體结构柱的受压实验，就现有砌体结构的受压承载力和延性等性能进行理论分析，并提出砖砌房屋的研究方向和改进措施。

关键词：砌体结构;现场调查;受压实验;改进措施

1  引言

自1976年唐山大地震之后的几十年，城市建设速度进展很快，特别是近年城市建设速度已居世界之首，但范围广大的村镇地区的村镇民用住宅，结构布局不合理，造价较低，一旦出现破坏性地震灾害，村镇地区的房屋便大量倒塌，人员伤亡惨重。就2008 年汶川地震对四川省都江堰、绵阳、广元、成都等地的建筑物等造成了很大程度的破坏[1]。从灾区房屋建筑震害情况来看，砖砌体结构破坏尤其严重，也因此对当地的生产和生活产生了严重影响。此类房屋的抗震能力亟需引起人们足够的重视。

2  农村房屋现状调查

本次调查对唐山市农村地区以及唐山大地震遗址进行研究调查：

（1）农村房屋的结构平面布置随意性大，房屋高宽比过大，平立面布置不规则以及出现纵墙设置过少等现象，使墙体无法承受平面内水平地震剪力，以及在地震时容易引起偏心扭转，发生与水平向成45°剪切破坏，在往复地震作用下形成X裂缝[2]。

（2）有些的农村房屋没有设置圈梁、构造柱等抗震措施，使房屋的整体刚度降低，房屋在平面内就更易发生剪切破坏，使得房屋整体丧失承载能力房屋普遍抗震能力低，从而引起大量房屋破坏甚至倒塌。

（3）水泥砂浆强度不够、建造不符合相关规范、工人砌筑质量差是导致墙体破坏的一个主要原因。

3 实验概况

3.1 试件制作

为了更加了解农村砌体结构的抗压性能，本文对普通砌体试块进行受压性能实验，考察试件的抗震性能和其受压承载力。试件尺寸为240mm×240mm×720mm。

3.2  加载方案

抗压试验采用均匀连续加荷方法，加载速度为5kN/s，且避免冲撞，当试验机指针明显回退时，此时记录下破坏荷载值。

4  有限元分析

为了进一步研究农村砌体结构的轴心受压性能和破坏机理，本文在试验基础上，结合砌体结构的构造特点，用 ABAQUS 软件对普通砌体结构受压性能进行了数值模拟分析[3]，将计算所得荷载-变形关系曲线与实测曲线进行了比较，验证了所采用的有限元模型参数确定方法的合理性。

4.1  混凝土与钢材的本构关系

在结构分析中，混凝土一般认为是均匀的各向同性材料，塑性模型考虑了损伤效应，用来模拟往复或地震作用下的混凝土结构行为效果较好，所以，本文选用混凝土损伤塑性模型来模拟混凝土的受力性能。

钢的本构关系采用双折线模型，屈服准则为Mises屈服准则，加固准则选择后续加固准则。 根据假设，钢的弹性模量相同，屈服后的弹性模量为E = 0.01Es，应力 - 应变关系仍然是线性的，泊松比为0.3。

4.2  普通砌体试块抗压性能数值模拟

利用ABAQUS有限元软件对砌体轴压试件进行数值模拟。

4.3  荷载-位移曲线

实际值与模拟计算值的荷载-位移曲线如图1所示。

荷载小于试件极限荷载时，计算荷载-位移曲线的斜率大于实测骨架曲线的斜率，当荷载大于试件极限荷载时，计算荷载-位移曲线与实测骨架曲线符合较好。由于计算时边界条件为理想固定约束，计算试件刚度偏大;实际试验时试件约束较弱，试验试件刚度较小;荷载超过试件极限荷载时，计算试件与试验试件的刚度均开始衰减，边界条件影响作用减弱，两者曲线符合较好。

5  测试结果及分析

在加载初期，试件未表现出明显的开裂等特征，荷载-位移曲线近似为线性，说明此时砌体处于弹性应力状态。当加载到140kN时，垂直微裂纹首先出现在试样的轴向。随着荷载继续增大到205kN，试件断裂变形发展较快，现阶段开始向外扩展，环筋混凝土内部的微裂缝对钢筋与混凝土之间的拉力和粘结力减小，表现为外裂缝迅速扩大，并沿上下发展。在试件中部，砖向外膨胀，导致砖的外表面凸起，甚至部分砖脱落。此外，可以清楚地听到试样内部的裂纹声。此时，观测到的荷载-位移曲线的荷载很难保持稳定上升，位移也很难保持上升。当荷载达到230kN时，达到试件的极限荷载。此时，试样被压碎。试样的破坏明显是脆性的。

6  结论和建议

根据现场调查研究和实验模拟，可得出结论：（1）当前农村大部分房屋抗震性能低下，村民抗震设防意识薄弱，建造时未按相关规范进行，急需要采取抗震措施提高其性能。（2）农民建房大多不经过正规设计，房屋的高宽比违反规范，擅自改动情况严重，结构布局不合理，构造柱和圈梁不设或少设，房屋抗震构造措施不到位等。农房呈明显脆性，抗压抗剪能力弱、延性较低。

针对当前农村砌体结构房屋建设提出建议：（1）对村民进行地震相关知识的培训指导，以及灾害发生时的应急措施。采用合理的结构平立面布置。房屋的平面布置应尽可能简单、对称、规则，竖向布置应尽可能均匀少变化并且控制房屋的高度及高宽比，因为随着砌体结构房屋高度的增加，房屋的破坏程度加重，倒塌率增加。（2）可以通过采取内藏芯柱[4]的方法提高砌体房屋建筑的抗压承载力和延性。

参考文献：

[1] 普建明，谭晓晶.农村砖砌体房屋结构特点及震害分析[J].工程质量，2017（7）：61～65.

[2] 于文，葛学礼，朱立新.四川汶川8.0级地震都江堰周边村镇房屋震害分析[J].工程抗震与加固改造，2008（4）：45～49.

[3] 朱成成. 砌体结构水平嵌筋加固有限元分析[D].河北工程大学，2018.

[4] 刘岩，周中一，曹万林，魏连雨.内置芯柱组合砌体受压承载力计算分析[J].结构工程师，2015（2）：152～159.

本论文受资助于华北理工大学大学生创新创业训练计划项目（X2018372）。