村镇砖砌体房屋平面外抗震能力研究

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我国是一个地震灾害多发的国家,破坏性地震大多数发生在广大农村和乡镇。历次震害调查表明,村镇建筑由于数量众多而且多为自建房屋缺乏有效监管,大量村镇建筑达不到抗震设防标准,存在严重的抗震安全隐患,在地震灾害中的破坏程度较重,倒塌比例较高,已成为抗震的最薄弱环节之一。目前,村镇建筑中应用最普遍也最为广泛的结构形式是砖砌体结构,而砖墙作为村镇砖砌体结构中的主要构件,在地震中发生平面外的破坏或倒塌是一种非常典型的震害现象,并容易造成人员伤亡和较大财产损失。因此,村镇砖砌体房屋平面外的抗震性能研究越来越受到关注。  本文通过深入调研近几年发生的汶川等地震灾害中村镇建筑的震害资料,重点选取村镇砖砌体房屋作为研究对象,分析不同结构类型的破坏现象和震害特征,开展砖墙在平面外荷载作用下的足尺结构试验研究,考虑了竖向荷载、砂浆强度、墙体厚度、墙体宽度、加固措施等因素对墙体在平面外承载力的影响,揭示了村镇建筑中砖墙在平面外地震作用下的破坏机理。同时,在历史震害调查和砖墙试验研究的基础上,选取我国部分地震重点危险区的既有村镇砖砌体房屋开展抗震能力实地调查和评估,在考虑墙体发生平面外破坏影响因素的基础上提出相应的抗震能力评估方法和对策建议;针对震后村镇建筑发生大面积破坏后如何解决灾民的应急居住和安全使用问题,重点选取村镇砖砌体房屋提出震损结构的抗震能力评估方法和对策建议。取得的主要成果如下:  (1)完成了汶川、玉树、岷漳和于田等地震灾害中村镇建筑的震害资料收集和现场调查工作,重点针对村镇砖砌体房屋的破坏现象和震害特征进行了分析研究,总结提出了不同结构类型房屋的震害特点,并对砖墙发生平面外破坏的典型破坏形式的震害原因和结果进行了归纳梳理,奠定了研究工作的基础。  (2)完成了底部固接顶端自由的4片砖墙在平面外荷载作用下的基本受力性能试验分析,发现墙体在平面外荷载的作用下,经历了弹性变形阶段和开裂后塑性变形两个阶段,表现出明显的脆性特征,裂缝出现在墙体底部弯矩最大处,沿墙体通长开裂,荷载-位移曲线受顶部竖向荷载、墙体高厚比和砂浆强度的影响。在试验分析基础上提出了砖墙在平面外荷载作用下的受力分析简化模型,将墙体平面外受力破坏过程分为开裂前弹性变形阶段、开裂后荷载陡降阶段及荷载随位移缓慢下降阶段,并与试验实测曲线进行了对比,验证了模型正确性。  (3)完成了6片带翼缘砖墙在平面外荷载作用下的抗震性能试验研究,发现在平面外均布荷载作用下,墙体的破坏形态与三边约束混凝土板的破坏形态比较相似;荷载-位移曲线主要为S形,剪切滑移特征较为明显;平面外耗能能力较强,在裂缝发展阶段耗能最多。墙体顶部施加的竖向集中和均布荷载,可使得墙体的初始刚度明显增强,开裂强度和开裂位移有所提高;墙体宽度增加使得开裂位移有所增大,但造成开裂强度和耗能能力下降,且裂缝增多使墙体更容易解体破碎;采取加固措施的墙体,虽未提高开裂荷载,但开裂位移有所减小,特别是开裂后墙体的承载力下降很少,有效提高了墙体的耗能能力,验证了加固措施对提高墙体平面外的抗震性能的有利作用。  (4)提出了墙体的平面外抗震性能分析和评估应该分为两个阶段考虑:即开裂前由墙体的强度(开裂强度)控制,开裂后由位移控制。两个阶段应采用不同的荷载-位移曲线模型,在抗震设计中应考虑基于位移的计算方法。同时,分析提出了砖墙在平面外荷载作用下常见的4种典型破坏模式,并针对高厚比、高宽比、竖向荷载和边界条件等对墙体平面外承载能力有重要影响的4个因素,给出了实际工程中应严格控制墙体宽度、限制高宽比和高厚比,增强楼屋盖与墙体连接以及纵横墙的连接,并注重发挥竖向荷载的有利作用等建议。  (5)完成了我国部分地震重点危险区村镇既有建筑抗震能力的实地调查和评估,针对山西大同地区和四川凉山地区的村镇建筑,基于房屋结构类型及所占比例、实际人口分布、房屋现状等情况,采用定性化和定量化两种方法对村镇建筑的综合抗震能力和震后人员致死性进行了评估;分析了村镇砖砌体房屋的抗震薄弱环节,从避免墙体发生平面外破坏的角度对砖砌体房屋的抗震提出了具体的对策和建议。  (6)总结提出了村镇砖砌体房屋在震后出现震损情况下抗震能力评估的要素和方法,针对不同使用性质和不同结构类型的建筑分别提出了震损结构抗震能力评估的要点和安全建筑的基本要求,给出了单个建筑震后抗震能力评估的表格和对照简表。结合地震现场震后应急评估实践工作,考虑村镇砖砌体房屋的震害特征和震后应急救灾工作的实际需求,对村镇砖砌体房屋震后抗震能力评估工作提出了具体的对策建议。
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