【碩士】底商多層砌體結(jié)構(gòu)倒塌機(jī)理研究

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　　結(jié)構(gòu)倒塌是地震造成人員傷亡最主要的原因，汶川地震中，底商多層砌體結(jié)構(gòu)房屋倒塌普遍，在北川縣城，該類型結(jié)構(gòu)倒塌率達(dá)80％。底商多層砌體結(jié)構(gòu)房屋在我國長江以南地區(qū)的中小城市非常普遍，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)存該類型的房屋約2000萬棟，涉及居住人口1．2億。研究該類型結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法，提高該類型結(jié)構(gòu)房屋的抗倒塌能力是社會(huì)的迫切需求。北川縣電信局職工住宅樓是典型的底商多層砌體結(jié)構(gòu)，在汶川地震中僅中等破壞。本文結(jié)合該典型實(shí)例，通過對比分析獲取了能有效提高底商多層砌體結(jié)構(gòu)抗倒塌能力的抗震構(gòu)造措施，并通過振動(dòng)臺(tái)倒塌對比試驗(yàn)驗(yàn)證了該構(gòu)造措施的有效性；同時(shí)，為將該發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到既有底商房屋的抗震加固中，還需建立關(guān)鍵承重構(gòu)件的抗側(cè)剛度和延性的計(jì)算方法，為此開展了系列墻片試驗(yàn)及理論分析。本文主要工作如下：　　1)通過實(shí)地調(diào)查，掌握了北川縣電信局職工住宅樓實(shí)際構(gòu)造和震后狀態(tài)；采用脈動(dòng)法對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)測試，獲得了橫向、縱向和扭轉(zhuǎn)頻率；對比分析表明該結(jié)構(gòu)最突出的特點(diǎn)是底層臨街面縱墻采用了“翼墻"，這一造不但增加了承重能力，而且減小了底層前后縱墻的剛度差異，減輕了結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，平衡了地震荷載在各道縱墻間的分配，顯著提高了結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力?！　?)根據(jù)第一強(qiáng)度理論，推導(dǎo)出了砌體結(jié)構(gòu)開裂時(shí)的層間位移角限值公式；由該公式可知，層高一定時(shí)，砌體墻片的剛度越大，其延性越差。同時(shí)，通過對比各種砌體材料的本構(gòu)關(guān)系，推薦了一種用于模擬燒結(jié)粘土磚的本構(gòu)關(guān)系模型，并采用該本構(gòu)關(guān)系對北川縣電信局職工住宅樓進(jìn)行了非線性地震反應(yīng)分析計(jì)算。通過計(jì)算，建議砌體結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角限值取1／160，該值與后續(xù)砌體墻片的擬靜力試驗(yàn)結(jié)果一致?！　?)采用預(yù)應(yīng)力加載裝置，實(shí)現(xiàn)了與原型結(jié)構(gòu)軸壓比相等的模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該預(yù)應(yīng)力加載裝置對模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)是可行且有效的，該裝置為今后振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中模型人工質(zhì)量的施加提供了一條新途徑?！　?)通過4個(gè)單層模型的振動(dòng)臺(tái)倒塌對比試驗(yàn)，獲得了底商砌體結(jié)構(gòu)地震時(shí)的倒塌破壞模式。試驗(yàn)表明，同一方向上各道墻體的剛度不協(xié)調(diào)造成地震中各道墻體被逐個(gè)擊破，是砌體結(jié)構(gòu)破壞或倒塌的主要模式。試驗(yàn)驗(yàn)證了臨街面縱墻中“翼墻"在抗倒塌中的關(guān)鍵作用?！　?)為了使砌體結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì)方法有據(jù)可依，本文對現(xiàn)有的砌體墻片層間等效抗側(cè)剛度公式進(jìn)行了深入分析，指出了現(xiàn)有方法的缺陷，并在此基礎(chǔ)上，提出了考慮圈梁、構(gòu)造柱影響的砌體墻片層間等效抗側(cè)剛度計(jì)算公式，并通過4組12片砌體墻片的擬靜力試驗(yàn)驗(yàn)證了公式的合理性。

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