随着科学技术不断进步, 传统住宅技术必将被逐步淘汰, 同时受国外先进技术的影响和国外技术的引进, 我国住宅技术领域正在发生一场重大变革。墙体技术作为住宅技术不可或缺的组成部分, 也正在进行技术革新^[1]。本文研究对象是在新型墙体材料开发和墙体技术发展的过程中, 产生的一种新型复合墙体———对扣式复合墙体, 构造如图1所示。对扣式复合墙体是以C型轻钢龙骨为骨架, 内部填充B1级聚苯乙烯高密度颗粒, 外挂纤维增强硅酸钙板, 制成的一次成型复合墙体^[2]。该墙板的最主要特点体现在龙骨的布置方式, 即2个C型钢龙骨对称布置在墙体两边, 中间断开, 阻断“冷桥”现象的出现, 而且“对扣式”墙板之间存在咬口, 拼接安装便捷快速, 拼接处配以自攻钉和钢带, 墙板上、下两端用和墙板等厚 (未加硅酸盖板) 的U型钢固定, 既增强了墙板的整体性和承载力, 又便于墙板固定和连接件安装。

为研究该类新型对扣式复合墙体在单调水平荷载下的水平承载力^[3], 对4块该类墙板进行足尺试验, 通过观察试验现象及其破坏模式^[4]检测得出其水平承载力。

新型对扣式复合墙板是一种应用于轻钢结构房屋中的复合墙板, 具有承重、保温、抗火等特点。该墙板以冷弯薄壁型钢为骨架, 型钢间填充EPS塑料泡沫, 墙体两侧外贴硅酸钙板。材料的复合作用使墙板实际承载力不易确定, 需测试墙板的水平承载力。

在单调水平荷载作用下, 研究不同宽度墙体的承载力、破坏状态及通过对比有无硅酸钙板的试验结果考察盖板对墙体承载力的影响。

设计4块试件, 包括1块无硅酸钙板、3块有硅酸钙板的一字形截面墙板, 由0.8mm厚的镀锌C型钢作为骨架、聚苯乙烯颗粒填充热塑压轧而成的复合板材, 并在试件两端 (与镀锌C型钢垂直方向) 采用1.5mm厚U型钢加固。墙厚均为140mm, 面板由2片8mm厚的硅酸钙板制成, 即总厚度为156mm。水平荷载采用25t MTS水平作动器。构件参数如表1所示。

水平受力试件利用25t MTS水平作动器施加水平荷载。作动器一端与实验室反力墙相连, 另一端与试件的加载梁顶端相连, 东西向布置, 以作动器的推向 (西向) 为正向加载, 由计算机数据采集系统自动采集作动器所施加的水平荷载, 在试件顶部布置2组轨道, 作为侧向支撑框架系统, 限制试件在平面外变形, 防止平面外失稳倒塌。

试验前, 根据试件高度调整作动器位置及高度, 确保墙体垂直于基座和加载梁, 并与作动器保持在一个平面内。准备工作结束后, 开始对试件预加载。试验采用位移控制加载制度, 位移在1～15mm时, 加载速率为1.5mm/min;位移在15～30mm时, 加载速率为3mm/min;位移>30mm时, 加载速率为6mm/min。并进行实时数据采集, 记录试验现象。

为考察墙体在单调水平作用下的承载力情况, 对墙体进行位移和应变测量。测点的选择和布置如图2所示 (D表示位移计, P表示应变片) 。

试件1试验初期模型变形不明显, 在弹性阶段, 墙体所受荷载随其位移增大而增大, 当试件达到屈服阶段时, 力的大小随着位移的增大而上下波动。期间墙板接缝处受到相互挤压作用, 产生裂缝, 然后墙板顶端和底端盖板发生破坏, 最终抗拔件焊缝处被撕裂, 承载力不再明显增加, 此时墙体破坏。由于试件1在试验中, 墙体在未达到极限承载力前发生倾覆, 在接下来的试验中该类墙板都在加载梁顶端加设侧向支撑, 平面外位移可忽略。试件2墙体首先出现破坏处在龙骨内部缀板处, 在墙体缀板处都出现1个“洞”;随着荷载的不断增大, 缀板处泡沫呈45°继续破坏;随着位移的不断增大, 墙体拼接处发生滑移, 部分自攻钉被剪断;墙体两端抗拔件都发生不同程度的破坏, 加载端即墙体东端抗拔件破坏较严重;随着位移的增大, 力不再增加且上下波动。由于作动器行程的原因, 墙体最终没能发生完全破坏, 但位移角已远超过国家相关规定, 说明该种墙体在未贴盖板时有极好的变形能力。试件3和试件4试验现象与试件1类似, 此处不再说明, 试验过程中试件破坏现象如图3所示。

通过对试件1进行单调水平加载可以观测到, 在加载初期, 随着荷载和时间的逐渐增加, 墙体水平变形也逐渐增大, 龙骨应变片测点位置的应变缓慢均匀增长。由于作动器行程的问题, 未将墙体推坏, 但达到极限承载力状态, 即位移在增加而力不再增大, 较成功地得到该墙体的水平承载力。整理试验数据进行分析, 可以得到试件1的荷载-位移 (时间) 曲线、试件2的时间-应变曲线, 分别如图4, 5所示。试件2与试件1的区别在于有无盖板, 所以两者对比可得出盖板对墙体的辅助作用的大小及其影响, 通过对试件2进行单调水平加载可以观测到, 在加载初期时的变化与试件1类似。整理试验数据进行分析, 可以得到试件2的荷载-位移曲线、时间-应变曲线图, 分别如图6, 7所示。试件3, 4与试件1类似, 整理试验数据进行分析, 可以得到试件3, 4的荷载-位移曲线、时间-应变曲线, 如图8～11所示, 墙体对比如表2所示。

由图4可知:D12的最大位移约33mm, 极限荷载达84.2kN, D16最大位移为23.9mm, D15最大位移为15.5mm, D17位于结构平面外, 距墙体顶正中180mm处, 发生21mm的倾斜。由图5可知:墙体两端龙骨受力方向相反, 高处龙骨应变值较大, P29应变最大值约为P21的6倍, P26应变为P28的3.5倍 (见图5a) ;同侧龙骨的应变随时间呈增大趋势, 并且越远离加载点龙骨应变越大 (见图5b) 。

由图6可知:D22的最大位移约为340mm, 有极好的弹性变形能力, 极限荷载达36.0kN, 与试件1相比, 极限承载力减小57.2%, 由此可见, 硅酸钙板对墙体的整体刚度起到极大作用。由图7可知:墙体两端龙骨受力方向也是相反的, 但试件2高处龙骨应变较小, P21的应变最大值约为P29的1.5倍, P28应变为P216的1.8倍 (见图7a) ;同侧龙骨的应变随时间呈先增后减再增的趋势 (见图7b) 。

由图8可知:D32的最大位移约65mm (极限荷载的85%) , 极限荷载达74.5kN, D35的最大位移约13.5mm。由图9可知:墙体龙骨的应变规律和试件1相同, 高处龙骨应变较大, P38的应变最大值约为P32的3倍, P312应变为P36的1.5倍 (见图9a) ;中间龙骨的应变随时间呈先增大后减小趋势 (见图9b) 。

由图10可知:D42的最大位移约为74mm (极限荷载的85%) , 极限荷载达62.1kN, D44的最大位移约9.2mm。由图11可知:同一根龙骨上应变变化趋势相同, 但应变随高度变化规律不统一, P41和P46的变化规律与P43和P48、P45和P410的变化规律相反 (见图11a) ;同一水平上龙骨的应变随荷载的增加呈增大趋势 (见图11b) 。

通过表2中对比试件1, 2可知, 试件1的承载力比试件2的提高133.89%, 说明硅酸钙板对墙体水平承载力起到极大的帮助作用。对比试件1, 3可知, 在宽度相同的前提下, 高度越高则水平承载力越低, 3.3m高的墙体比2.7m高的墙体水平承载力低13.0%;对比试件3, 4得出, 在高度相同的前提下, 宽度越大则水平承载力越高, 4.8m宽的墙体比3.6m宽的墙体水平承载力高20.0%。3结语

通过对新型对扣式复合墙体进行足尺试验, 研究其在水平单调荷载作用下的水平承载力, 结论如下。

1) 新型对扣式复合墙体的面层即硅酸钙板对墙体的整体稳定性和水平承载力都有很大的提升作用。

2) 复合墙体的水平承载力随高度的增加而降低。

3) 复合墙体的水平承载力随宽度的增加而增大。