【摘 要】
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建设抗震韧性城乡是实现城市防震减灾的必然途径。单体建筑结构是维持城乡功能正常运转的重要载体,单体建筑的抗震韧性对“韧性城乡”的建设有着至关重要的作用。目前,单体建筑的抗震韧性评估理论研究已经逐渐趋于成熟,但是,针对村镇砌体建筑的抗震韧性评估模型研究尚少。此外,我国村镇居民抗震意识普遍浅薄,同时,受经济发展水平的制约,村镇居民建房基本不考虑抗震措施,这就导致村镇建筑的抗震水平普遍偏低,研究一种适用于
【基金项目】
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河北省自然科学基金青年基金:村镇建筑基于性态的简易隔震技术研究(E2019210245); 河北省重点研发计划:城市建筑群地震适灾韧性评价关键技术与集成系统研发(21375407D);
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建设抗震韧性城乡是实现城市防震减灾的必然途径。单体建筑结构是维持城乡功能正常运转的重要载体,单体建筑的抗震韧性对“韧性城乡”的建设有着至关重要的作用。目前,单体建筑的抗震韧性评估理论研究已经逐渐趋于成熟,但是,针对村镇砌体建筑的抗震韧性评估模型研究尚少。此外,我国村镇居民抗震意识普遍浅薄,同时,受经济发展水平的制约,村镇居民建房基本不考虑抗震措施,这就导致村镇建筑的抗震水平普遍偏低,研究一种适用于村镇建筑的抗震韧性评估方法是推动乡村振兴的大势所趋。因此,本文将针对村镇砌体结构的抗震韧性评估方法进行深入研究和分析,主要的研究内容如下:(1)比较了中美规范等文献,定义村镇砌体结构的抗震性能水准,将村镇砌体结构的抗震性能水准划分为充分运行、基本运行、生命安全和防止倒塌四级,并对每一级性能水准做出详细描述;同时,提出约束砌体结构的两个性能指标,在宏观层面上提出以最大层间位移角作为性能指标,在微观层面上,基于砌体材料的损伤机理将“最大墙底等效应变”作为性能指标;最后,提出了最大层间位移角限值的验证方法,为约束砌体结构的抗震性能划分标准的确定提供基础。(2)提出村镇砌体结构抗震韧性评估的理论框架,明确以名义修复费用、名义修复时间、名义人员伤亡作为建筑抗震韧性的评价指标,同时,提出将名义修复时间、名义人员伤亡的费用化方法;提出了以全寿命周期费用和一个抗震韧性定量指标评估砌体结构的抗震韧性的方法。(3)以典型村镇砌体结构为例,研究了影响砌体结构地震响应的不确定因素,确定了地震动的随机变量、砌体结构的随机变量以及随机变量的统计特征。基于拉丁超立方抽样方法,抽取了地震动-砌体结构不确定参数样本,并通过有限元模型进行非线性动力时程响应分析;最后,对典型村镇砌体结构进行地震易损性、概率地震风险以及抗震韧性分析;此外,验证了本文提出的最大层间位移角限值的合理性,论证了本文构建的基于全概率理论的抗震韧性评估分析方法的可行性。分析结果表明:该村镇砌体结构抗震性能不符合我国现实行“小震不坏,中震可修,大震不倒”三级设防目标,并不能保证人员的基本安全;全寿命周期费用为4830.77万元,是初始建造成本的24.76倍;抗震韧性定量指标为0.708,即建筑在单位时间内建筑剩余功能为70.8%;此建筑全寿命周期费用较高,震后功能恢复能力较差。(4)介绍本课题组最新研究的抗震韧性提升技术,将其应用于村镇典型砌体结构,对提升后的典型村镇砌体结构进行地震易损性、概率地震风险以及抗震韧性分析;对比隔震与非隔震砌体结构的分析结果,隔震结构在各性能水准下的地震风险明显降低,隔震结构全寿命周期费用为非隔震结构的6.70%;抗震韧性定量指标提高39.0%,说明隔震结构其恢复能力相对较强。结果充分证明了本课题组提出的抗震韧性提升技术可以极大地提高村镇砌体结构的抗震性能,缩短修复时间,减少地震损失以及人员伤亡。
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