加固砌体结构抗震性能的实验研究实验报告.doc

加固砌体结构抗震性能的实验研究 北方工业大学，宣文研、周 辉、安鹏涛 指导教师：王献云 摘要：本项目对1:1二层加固砌体模型进行动力特性测试试验，并采用拟动力试验方法测定砌体结构的位移、滞回曲线等量化的抗震指标，对比试验结果评价加固砌体结构的抗震安全性。 关 键 词：近年来发生的数次地震中，都存在大量的破坏和倒塌。如2008年5月12日，我国四川省汶川县发生里氏8.0级地震，该地区的民用建筑大部分为砌体结构，包括大量老旧房屋（上世纪70年代建造的未考虑抗震设防）。砌体结构所采用砌筑材料本身的抗拉、抗剪能力较低，整体抵抗地震力的能力较弱，加之部分房屋施工水平不高，大量房屋在这次地震中遭到严重破坏[1,2,3,4,5,6]。2010年4月14日，我国青海省玉树发生里氏7.1级地震，大量使用砌体材料的民居倒塌[7,8]。在我国广大农村地区，6级左右的地震也造成了砌体结构的倒塌，如2013年3月3日云南洱源地震，造成了数千间房屋倒塌或严重受损。现阶段，北京、天津乃至全国大部分地区仍有大量建于上世纪70年代的普通砖砌体结构存在，这些房屋基本没有构造柱圈梁等构造措施，楼板也使用预制楼板，房屋整体性不好。虽然砌体结构抵抗地震力的能力较弱、震害严重，但国内外研究和大量震害调查也表明，采用一定抗震构造措施的砌体结构可以满足现行规范的规定以及抗震设防的目标。根据我国建筑抗震设计规范[2]的规定，各类多层砖砌体房屋，应按要求设置现浇钢筋混凝土构造柱和圈梁，“外墙四角设置构造柱”，“外墙楼盖和屋盖处设置圈梁”。目前部分地区的新建砖砌体结构基本采用圈梁和构造柱。研究目标 拟动力试验又称计算机—作动器联机试验(On－Line Computer Test)，是将计算机的计算控制与结构试验有机地结合在一起的一种结构抗震试验方法。它吸收了拟静力试验和振动台试验的优点，由给定地震加速度记录，通过计算机控制作动器进行结构试验，能再现较大比例模型的弹塑性地震反应。由于试验过程中的加载是逐步进行的，可以详细地观察结构的破坏过程，同时能够实测结构的恢复力-位移曲线，在实际工程中乃至对此类结构抗震性能的研究已得到成功应用。本课题选用拟动力试验方法研究框架结构的抗震性能。 拟动力试验是基于结构动力方程的数值计算原理。地震作用下多自由度结构的振动方程为： (2.2-1) 式中、和分别为质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，、和分别为相对加速度、速度和位移向量，为已知的地震作用向量。为了能对(1.2-1)进行数值求解，将上述振动方程写成离散的形式，设时间步长为，则方程(1.2-1)在时刻为： (2.2-2) 拟动力试验中一般采用中央差分法对上式进行求解，时刻的速度和加速度为： (2.2-3) (2.2-4) 、分别为模型控制点、时刻的位移。将式(1.2-3)和(1.2-4)代入离散方程(1.2-2)中，并令，经整理可得： (2.2-5) 上式表明，时刻的位移与时刻的位移、时刻的恢复力、时刻的地震作用、时刻的位移有关。式(1.2-5)确定时刻的位移后，由计算机给作动器施加指令，作动器使模型产生位移，由作动器上的力传感器测得恢复力重复以上步骤，可测得地震作用下结构反应时程。 3 模型的设计制作及试验方案 3.1模型设计 大型结构的抗震试验，往往采用缩尺结构但由于砖砌体结构的特殊性，相似理论普通砖和砂浆厚度均应缩小，由此带来的相似误差不可忽略本次试验采用原型结构两层单开间砖砌体结构。用240mm×115mm×53mm烧结普通粘土砖混合砂浆。结构开间24m，进深36m，层高2m，墙厚240mm。构造柱、圈梁以及底板的混凝土等级为C25，均采用人工搅拌。结构设计符合《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）和《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）等规范的规定。 在试验室的指定位置放线、支模，进行底板的混凝土浇筑。底板长宽为4240mm×3040mm，厚度为300mm，采用C25混凝土，钢筋采用双层双向B12@150。上部结构位于混凝土底板之上，要求底板具有足够的刚度，而且也要保证底板与地面之间不发生滑移。本次试验中，混凝土底板通过预埋两个高强地脚螺栓固定于试验室刚性地面，如图所示。底板混凝土达到足够的强度之后，进行上部结构的施工。砖墙的砌筑采用“三一砌筑法”，使用整体性较好的“一顺一丁”组砌方式。加固前的砖结构见图3.，对其进行外加钢筋混凝土梁柱加固。加固前，将底板四角凿掉，见图3.3。外加构造柱的钢筋见图3.。加固完成的结构见图3.。 图试验所