地震对砌体结构破坏十分明显。国内外历次大地震如罗马尼亚地震 (1976) 、台湾集集地震 (1999) 以及四川汶川地震 (2008) 等的震害调查中, 均发现由于砌体结构的破坏倒塌造成的人员伤亡和财产损失。

　　 目前我国的城镇建筑中很大一部分属于砌体结构。经调查很多砌体建筑达不到当前规范的抗震设防要求, 结构上存在不同程度的安全隐患, 需要进行结构加固^[1]。传统的结构加固方式对原有建筑功能布局影响大, 施工周期长。钢筋-砂浆面层交叉条带法针对墙体采用交叉条带、水平和竖向条带相结合的加固方式以增强砌体结构侧向承载能力。该方法具有施工快、影响范围小等优点。构件静力试验表明钢筋-砂浆面层交叉条带法可以增强墙体承载能力。本文针对未加固模型和采用钢筋-砂浆面层交叉条带法加固的模型振动台试验结果进行对比分析, 判定钢筋-砂浆面层交叉条带法对砌体结构的抗震加固作用。

　　 试验原型为典型三层砌体结构, 房屋建筑面积为395.5m², 房间进深5.4m, 开间3.9m, 层高3.0m, 建筑总高度为9.0m。结构未设置圈梁和构造柱, 墙体整体性差。内、外砌体墙厚均为240mm, 烧结砖强度等级为MU10, 砌筑砂浆强度等级为M2.5, 楼板为现浇混凝土楼板。抗震设防烈度为7度, 抗震设防类别为丙类, 设计地震分组为第一组, 场地类别为Ⅱ类。

　　 砌体采用单面钢筋-砂浆面层交叉条带法加固。具体的做法为:在南北侧窗间墙各层布置交叉条带, 角部布置竖向条带;东西两侧端山墙的端部一、三层布置交叉条带, 墙体两侧即房屋四角设置竖向条带;各层楼板位置环绕水平条带;内横墙设交叉条带, 内纵墙洞口两边设竖向条带。

　　 本次试验共设计制作两个对比模型, 1个为未加固模型, 1个为加固模型。为准确反映模型加固前后抗震能力, 将两个模型同时放置在振动台上进行试验, 受振动台台面尺寸的限制, 模型采用1/4.8缩尺比例, 墙体厚度50mm, 加固模型示意见图1, 图中C1～C6, C19～C22, C27, C28均为条带内钢筋应力测点。

　　 根据模型缩尺比例与制作材料, 推导试验主要动力相似关系见表1^[2]。

　　 模型制作所用砌块为烧结砖按比例切割而成, 拉毛处理切割面。砌块强度等级为MU10, 砌筑砂浆实测抗压强度为2.8MPa。条带面层砂浆实测抗压强度为27.3MPa, 面层为单面设置, 条带砂浆面层厚度为12mm, 宽度为70mm, 沿条带方向主筋为2ϕ^S3.6mm的铁丝, 实测受拉屈服强度为338MPa, 分布筋为ϕ^S1.0@50。经相似比换算后每个模型增加配重179.49kN, 图2为模型制作完成后全貌。

　　 本次试验选用的三条地震波分别为El Centro波、Taft波和根据规范反应谱拟合的人工波。试验中依次按照7度多遇地震、7度设防地震、7度罕遇地震、8度罕遇地震、9度罕遇地震的工况顺序进行横向水平单向加载, 对应输入的地震波加速度峰值分别为35, 100, 220, 400, 620gal。每次工况结束后进行白噪声采频, 测试当下模型的基频, 试验工况总计24个。

　　 7度多遇地震 (35gal) 作用下南侧底层窗角上部率先出现细微裂缝, 随着地震输入强度增大, 裂缝宽度逐渐开展;7度罕遇地震 (220gal) 作用下, 窗间墙45°方向裂缝沿墙厚方向基本贯通 (图3) ;裂缝发展为交叉裂缝, 在9度罕遇地震 (620gal) 作用下, 底层窗间墙多处大块砌体脱落, 结构损毁严重, 但墙体未出现明显歪闪和整体倒塌, 整体结构残余变形不大 (图4) 。

　　 7度设防地震 (100gal) 作用下南侧底层过梁下部灰缝出现微小裂缝;7度罕遇地震 (220gal) 作用下, 底部窗间墙交叉条带开始出现垂直条带方向的细小裂缝;随后二、三层窗间墙交叉条带及底层南侧角部竖向条带依次出现裂缝 (图5) , 裂缝数量逐渐增多、宽度逐渐增大。9度罕遇地震 (620gal) 作用下, 窗间墙交叉条带出现1～2道裂缝 (图6) , 南北侧底层角部竖向钢筋-砂浆面层条带水平裂缝明显。整体观察墙体裂缝较少, 未发现通缝情况, 模型整体基本完好。这一结果与模型砌筑砂浆饱满有一定的关系。

　　 未加固模型和加固模型的初始横向基频实测值分别为15.0, 17.3Hz, 纵向基频实测值分别为14.8, 18.0Hz。加固前后两模型的纵、横向自振频率均比较接近, 表明两方向模型刚度比较接近, 钢筋-砂浆面层条带对模型纵、横方向刚度的提高基本一致。

　　 图7为模型基频变化趋势图, 从图中可以看出未加固模型基频从7度设防地震 (100gal) 开始降低, 两模型基频在9度罕遇地震 (620gal) 中下降最快, 这与试验中模型开裂及破坏现象相吻合。最终未加固模型基频最大降幅为38%, 加固模型基频最大降幅为17%。

　　 模型在不同试验工况下横向加速度放大系数曲线见图8, 可以看出随着台面加速度的增加, 未加固模型、加固模型各楼层加速度放大系数逐渐减小。当台面加速度峰值为620gal时, 未加固模型底部两层加速度放大系数均小于1.1, 表明建筑物破损严重, 无法引起结构正常的地震反应;加固模型各楼层加速度放大系数下降幅值不大, 基本与试验情况吻合。

　　 未加固模型层间位移角曲线见图9, 可以看出7度多遇地震作用下, 层间位移角小于1/1 000, 砌体墙体出现细微开裂, 但整体结构仍处于弹性工作状态。罕遇地震作用下, 层间位移角迅速增大, 9度罕遇地震作用下, 底层最大层间位移角达到1/204, 此时试验中底层墙体破坏严重。试验中顶层层间位移角相对较大, 9度罕遇地震作用下顶层层间位移角为1/164, 但是试验中模型顶层墙体破坏不很严重, 表明由于墙体受到竖向压力的影响, 顶层结构较底部结构变形能力要好。

　　 加固模型层间位移角曲线见图10, 从图10中可以看出, 试验中结构层间位移角在逐渐增大, 没有明显的突变情况, 表明模型中主要结构构件没有失效情况。8度罕遇地震 (400gal) 作用之前, 结构层间位移角均小于1/1 000, 表明加固后砌体墙抗震承载能力大大增强。在9度罕遇地震 (620gal) 作用下, 最大层间位移角为1/770, 砌体墙也没有出现明显破坏性裂缝, 表明结构整体抗震性能和延性都得到了提高。

　　 加固模型内墙的交叉条带受力普遍小于外墙。以9度罕遇地震 (620gal) 为例 (图11) , 由分析可知, 内墙交叉条带钢筋应变幅值多集中在2.5×10^-5范围内, 而外墙钢筋应变幅值集中在5.0×10^-5范围内。

　　 通过对采用钢筋-砂浆面层交叉条带法加固的三层砌体缩尺模型与同条件砌筑的未加固模型同台对比试验进行对比分析, 可以得到以下结论和建议:

　　 (1) 未加固模型在7度多遇地震作用下, 结构基本处于弹性阶段;在7度设防地震作用下, 结构底层墙体发生较严重的破坏, 但结构整体处于可修复状态, 可以判定未加固模型基本满足7度抗震的设防目标。

　　 (2) 加固模型在相当于8度 (0.3g) 多遇地震 (110gal) 作用下 (试验中7度设防地震加速度峰值为100gal, 约相当于8度 (0.3g) 多遇地震) , 结构基本不开裂在高于8度 (0.3g) 设防地震作用下, 结构整体处于可修复状态在9度罕遇地震 (620gal) 作用下, 结构墙体未出现严重破坏和倒塌的现象。可以判定加固模型至少能满足8度 (0.3g) 抗震的设防目标。

　　 (3) 试验结果表明, 钢筋-砂浆面层交叉条带既可以提高砌块墙体的抗震承载力, 又可以在一定程度上控制墙体的开裂变形, 增强墙体的延性。采用钢筋-砂浆面层交叉条带法对砌体结构进行加固, 可以有效地提高砌体结构的整体抗震能力。

　　 (4) 地震作用下砌体结构最先受到破坏的是底层结构, 它是整个砌体结构中的薄弱环节, 而窗间墙往往又是这个环节中最薄弱的部位, 建议在设计过程中对此部位要加以足够的重视。

　　 (5) 由于竖向轴压力的影响, 大震情况下砌体结构顶层比底层具有更好的变形能力。

　　 (6) 砌筑砂浆的饱满度对砌体结构的抗震性能影响较大。