【碩士】底商多層砌體結構倒塌機理研究

內(nèi)容簡介

　　結構倒塌是地震造成人員傷亡最主要的原因，汶川地震中，底商多層砌體結構房屋倒塌普遍，在北川縣城，該類型結構倒塌率達80％。底商多層砌體結構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，我國現(xiàn)存該類型的房屋約2000萬棟，涉及居住人口1．2億。研究該類型結構的抗震設計方法，提高該類型結構房屋的抗倒塌能力是社會的迫切需求。北川縣電信局職工住宅樓是典型的底商多層砌體結構，在汶川地震中僅中等破壞。本文結合該典型實例，通過對比分析獲取了能有效提高底商多層砌體結構抗倒塌能力的抗震構造措施，并通過振動臺倒塌對比試驗驗證了該構造措施的有效性；同時，為將該發(fā)現(xiàn)應用到既有底商房屋的抗震加固中，還需建立關鍵承重構件的抗側剛度和延性的計算方法，為此開展了系列墻片試驗及理論分析。本文主要工作如下：　　1)通過實地調(diào)查，掌握了北川縣電信局職工住宅樓實際構造和震后狀態(tài)；采用脈動法對該結構進行了模態(tài)測試，獲得了橫向、縱向和扭轉頻率；對比分析表明該結構最突出的特點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，減輕了結構的扭轉效應，平衡了地震荷載在各道縱墻間的分配，顯著提高了結構的抗倒塌能力?！　?)根據(jù)第一強度理論，推導出了砌體結構開裂時的層間位移角限值公式；由該公式可知，層高一定時，砌體墻片的剛度越大，其延性越差。同時，通過對比各種砌體材料的本構關系，推薦了一種用于模擬燒結粘土磚的本構關系模型，并采用該本構關系對北川縣電信局職工住宅樓進行了非線性地震反應分析計算。通過計算，建議砌體結構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結果一致?！　?)采用預應力加載裝置，實現(xiàn)了與原型結構軸壓比相等的模型振動臺試驗。試驗結果表明，該預應力加載裝置對模型振動臺試驗是可行且有效的，該裝置為今后振動臺試驗中模型人工質量的施加提供了一條新途徑?！　?)通過4個單層模型的振動臺倒塌對比試驗，獲得了底商砌體結構地震時的倒塌破壞模式。試驗表明，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擊破，是砌體結構破壞或倒塌的主要模式。試驗驗證了臨街面縱墻中“翼墻"在抗倒塌中的關鍵作用。　　5)為了使砌體結構的剛度設計方法有據(jù)可依，本文對現(xiàn)有的砌體墻片層間等效抗側剛度公式進行了深入分析，指出了現(xiàn)有方法的缺陷，并在此基礎上，提出了考慮圈梁、構造柱影響的砌體墻片層間等效抗側剛度計算公式，并通過4組12片砌體墻片的擬靜力試驗驗證了公式的合理性。

專題推薦