甘肃地区夯土墙抗震性能试验研究

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生土建筑是目前我国西部农村地区尤其是贫困地区仍然大量存在的建筑,其主要优势表现为就地取材、造价低廉、节能环保、保温隔热、可重复使用、建造无环境污染等,但是由于生土建筑材料的整体抗弯、抗剪、抗折特性强度一般很低,结构整体性差,导致生土建筑在抗震防御能力建设方面仍然存在着许多先天性质的不足,易发生倒塌造成人员伤亡。为了有效提高生土建筑的整体抗震使用性能,可通过在生土材料加入麦秸秆和编织袋纤维以增加房屋延性和承载力。本文主要从农村生土房屋情况、生土和改性土的物理与力学性能试验、生土建筑房屋承重墙体夯土墙以及改性材料夯土墙的拟静力试验、生土墙体的有限元分析,对其变形能力和极限承载力等展开一系列研究。主要工作和成果如下:(1)首先,总结了生土结构房屋的分类和国内外生土墙体的研究现状。通过对生土结构房屋的查阅资料以及实地走访,指出生土结构房屋的主要破坏形式和存在的问题,提出了一些改进措施。(2)在生土结构房屋所用土料中掺加不同比例的麦秸秆和编织袋纤维,对生土房屋所用土料和以不同比例加筋的土进行了一系列的物理和力学性能试验,分别得到了不同掺料和不同配比下土的最优含水率和最大干密度,对生土材料和改性土材料制作试件分别进行了抗压强度试验和直接剪切试验,得到了不同土的力学性能参数。试验结果表明:试验所用生土最优含水率为16.1%,最大干密度为1.812g/cm3,加筋之后,击实最大干密度时生土含水率略大于素土击实含水率,且随着加筋比例的上升,最大干密度呈现下降趋势。素土加筋之后能够提高其抗压强度和抗剪强度,有效约束土的变形,增加了素土的极限荷载和极限位移。(3)选择夯土墙作为研究对象,制作素土和掺加不同比例麦秸秆和编织袋纤维的夯土墙共6组试件,并分别进行了拟静力试验,得到了夯土墙在地震荷载作用下的破坏机理、滞回曲线、骨架曲线、耗能性能、刚度及刚度退化等。试验结果表明:与素土相比,加筋夯土墙在一定程度上可以提高夯土墙的抗震性能,使夯土墙的耗能能力和延性得到了明显的改善,提高了墙体的承载能力。(4)根据夯土墙的破坏模式,建立夯土墙的数值模型,进行数值模拟和试验的对比,验证数值模型的准确性,并对夯土墙的应力发展和应力分布进行了分析,并考虑轴压比、高宽比等因素对抗震性能的影响,结果表明:在不发生剪压破坏的情况下,一定的竖向荷载可以提高夯土墙的承载力,且随着墙厚的增加,夯土墙的极限荷载逐渐增大,但峰值位移相对减小。研究成果可为生土结构夯土墙的发展提供了一定的参考价值,为农村地区生土房屋的建造提供一种低价可行,绿色环保的的实用技术。
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