基于性能的砌体结构加固与修复研究

我国现存着大量的未经抗震设防或按老旧规范抗震设防的砌体建筑,为了避免这些建筑在地震作用下的严重破坏,需要对其进行加固。近年来发生的汶川地震和芦山地震中,很多砌体结构损伤严重,但尚未倒塌,这些砌体结构是否可以修复,如何修复,修复后抗震性能有什么变化,目前还没有系统的研究可以借鉴。本文在基于性能的地震工程框架下,对砌体结构进行抗震加固与震后修复,并通过足尺结构试验评估其性能。本文主要工作如下:(1)对某老旧砌体结构采用后张预应力技术进行抗震加固,并对加固后砌体结构进行了双向拟静力试验。附加预应力水平采用砌体结构抗压强度设计值的20%,在提高承载力的同时避免剪压破坏。本文详细介绍了后张预应力加固二层砌体结构模型的加固流程,拟静力试验的加载和测量方案,并对砌体结构的损伤程度进行了分析和评估。(2)对采用后张预应力技术加固的砌体结构进行数值模拟。分别采用MSC.Marc和OpenSEES软件建立了加固砌体结构的精细化有限元模型和宏观力学模型。精细化有限元模型采用连续化方法和弹塑性损伤模型模拟砌体的破坏过程;而宏观力学模型采用剪切弹簧模拟墙片的宏观力学行为,通过分析50个后张预应力加固砌体墙片的试验数据,回归了加固墙片的开裂荷载计算公式。通过精细化有限元模型和宏观力学模型得到的滞回曲线与试验曲线的对比可知,这两种建模方法与试验吻合的较好,可以为该种结构的抗震性能研究提供一定的参考。(3)未加固砌体结构拟静力试验。预应力加固结构拟静力试验后结构的第二层破坏较轻,刚度损伤较小。为了对比加固效果,本文将第一层用钢梁固定,而将预应力筋值调整为结构第二层自重对第一层的压应力,对第二层结构进行加载,模拟未加固结构的首层力学性能。通过对比可知,预应力加固可使结构的峰值承载力提高至未加固结构的2倍左右,且结构的耗能能力也大幅度增加。(4)基于性能的砌体结构修复研究。对上述试验过后的损伤结构进行损伤评估后,综合考虑费用、工期和修复后承载力三方面的因素确定修复目标,根据修复目标选择增设构造柱和水泥砂浆钢筋网面层两种加固方法对损伤结构进行修复,通过修复过程中对工期和费用的量化可知,修复结构与新建结构相比可大大减少费用、缩短工期。通过修复结构的拟静力试验可知,修复结构的峰值承载力分别是未加固结构的2.84倍,预应力加固结构的1.32倍,满足修复目标的要求。     

HPFL加固多孔砖砌体抗震性能的试验研究

为了解高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固对多孔砖砌体抗震性能的加固效果及纵筋数量和加固方式因素的影响,制作了2个对比试件和10个加固试件进行拟静力试验.试验结果表明:加固后试件的抗震抗剪承载力得到了显著提高,提高幅度达22.3％～ 49.4％;变形能力和耗能能力也得到明显的提高.圈梁构造柱条带加固对抗剪承载力的提高稍低于剪刀撑条带加固方式,但对延性和耗能能力的提高却更显著.条带纵筋数量的增加可以有效提高加固效果.根据试验结果和理论分析,拟合了HPFL加固多孔砖砌体抗震抗剪承载力的计算公式,可供工程加固设计时参考使用.     

砌体结构新型加固技术研究进展及实用建议

发展适用于砌体结构尤其是村镇砌体结构的低成本加固技术紧迫且必要。本文对嵌筋加固、钢带加固、玻璃纤维复合材料加固和打包带加固进行了总结分析,认为这些新型低成本加固技术可有效提高砌体结构的承载力、变形性能和耗能能力等,并给出上述四种加固技术的实用建议,认为钢带加固和打包带加固在砌体结构加固中更有发展潜力。     

钢丝网灌浆(SRG)加固受损多层砌体墙体抗震性能试验研究

应用钢丝网灌浆加固技术（SRG）修复村镇砌体结构具有施工简单、造价低廉以及性能优越等优点。先对一多层砌体结构开洞墙体模型进行抗震性能拟静力试验,后采用SRG技术加固受损墙体再次进行同条件试验。对比分析了加固前后墙体的破坏现象、滞回性能、刚度退化规律、耗能特性、延性与变形特征等抗震性能。试验结果表明:采用SRG技术加固受损砌体结构的破坏模式更为合理,墙体承载力、变形性能及耗能特性亦可显著提升。研究结果揭示了SRG技术加固受损砌体结构的实效性,为其在村镇建筑加固领域的应用提供技术支持。     

关于预应力砖墙的变形,延性与耗能问题的试验研究

通过预应力与非预应力带圈梁、构造柱砖墙的１：２模型在低周交变水平荷载下的对比试验，研究了墙片开裂至破坏的全过程，着重分析了刚度、延性及耗能等问题。试验结果表明：墙体在施加预应力后，既能较大幅度地提高抗裂度和承载能力，又能明显地改善变形、延性及耗能的性能，从而给预应力砌体在抗震工程中的应用提供了理论和试验依据。     

水泥砂浆面层加固砌体墙抗震可靠指标研究

采用水泥砂浆面层加固方法加固砌体房屋是一种简单有效的方法。对比分析了《砌体结构加固设计规范》(GB 50702-2011)^[3]和《建筑抗震加固技术规程》(JGJ 116-2009)^[4]中钢筋网水泥砂浆面层加固砌体墙的可靠性;对10片未加固低强度砖墙和20片单面钢筋网水泥砂浆面层加固低强度砖墙进行拟静力试验,分析了未加固和加固墙体的破坏模式和机理,并提出了适用于钢筋网水泥砂浆面层加固砌体墙的抗震验算公式。研究表明：两标准的可靠水平差别较大,实际应用时,易产生矛盾;未加固墙主要发生沿阶梯形斜裂缝受剪破坏,加固墙主要发生沿通缝受剪破坏和沿阶梯形斜裂缝受剪破坏;建议公式的计算值与试验值吻合良好,未加固墙抗震可靠指标为2.2,加固墙抗震可靠指标为2.5～3.1;砂浆面层加固砌体结构可以显著提高结构的抗震性能。     

水平嵌筋加固砖砌体墙抗震性能试验研究

以嵌缝胶泥作为嵌缝材料,针对不同高宽比和不同配筋率的6片墙体进行了拟静力试验,探讨了嵌筋加固砖砌体墙的破坏特征、变形能力、承载能力、耗能能力、滞回特征及刚度退化等抗震性能,建立了以试验为基础的嵌筋加固砖砌体墙的抗剪承载力计算公式。研究结果表明:高宽比为1.8的试件,嵌筋墙体较无筋墙体水平抗剪极限承载力提高了17%~31%,延性提高了54%~83%;高宽比为0.5的试件,嵌筋墙体较无筋墙体水平抗剪极限承载力提高了13%~17%,延性提高了17%~20%,嵌筋加固墙体滞回环饱满,耗能能力有较大幅度提高,破坏形式由脆性破坏转变为延性破坏,嵌筋对墙体初始刚度的影响较小,给出的抗剪承载力公式计算值与试验值接近,为工程应用奠定了基础。     

村镇既有砌体结构抗震加固新技术研发与示范

村镇房屋多数为砌体结构,具有抗震构造要求少、施工质量差、监管不利等特点,历次地震中大量村镇自建房屋倒塌,给人民生命及财产带来了巨大的损失。不幸的是现有的传统加固方法虽然可以满足部分工程应用,但是由于其工期长、造价高、对环境影响较大等缺点,无法满足村镇砌体房屋的加固需求。针对这一问题,结合既有砌体的结构特点和后张预应力技术的优势,提出了一个抗震加固新技术;通过实验室对比试验考察了新型加固技术的特点和优势;并通过实际的农村自建房加固改造工程,验证了新型技术在既有砖砌体结构抗震加固方面的优越性。结果表明:与同条件下未加固的墙体相比,采用后张预应力加固方法可提高墙体的延性,及墙体带裂缝的工作能力,同时也可以提高墙体的抗震承载力;通过示范工程可知,与传统抗震加固技术相比,该技术具有施工工艺简单、工期短、造价低、施工过程中建筑物仍可正常使用等优势。     

竖向配预应力钢筋混凝土桥墩抗震性能研究综述

竖向配预应力筋钢筋混凝土桥墩(PRC桥墩)在桥梁工程中具有广阔的应用前景。总结了PRC桥墩产生以来国内外学者的主要研究成果,并对其抗震能力进行了系统的归纳和分析,主要包括预加压力、预应力筋用量、预应力度、预应力筋位置等因素对PRC桥墩残余变形、屈服后侧向刚度、水平承载力、耗能能力等抗震性能的影响。表明预应力筋的配置可有效减少残余变形、控制裂缝发展,并提高结构的屈服后刚度。PRC桥墩中的普通纵筋是保证桥墩延性耗能能力的关键,但配筋率应保持在合理范围内。     

无粘结部分预应力混凝土扁梁框架抗震性能试验研究

本文通过两榀按不同预应力度配置无粘结预应力筋、非预应力筋的“强柱弱梁”型无粘结部分预应力混凝土扁梁框架在水平低周反复荷载作用下的试验研究，探讨其包括裂缝分布、破坏形态、极限承载力、无粘结筋应力变化、位移延性、耗能能力等工作性能。     

Experimental investigation of seismic behaviour of the ancient Protiron monument model

Throughout history, dry-stone masonry structures have been strengthened with different types of metal connectors in order to increase their resistance which enabled their survival, especially in the seismically active area. One such example is the ancient Protiron monument placed in the Peristyle square of the Diocletian's Palace in Split, Croatia. The Protiron was built at the turn of the 3rd century as a stone masonry structure with dowels embedded between its base, columns, capitals and broad gable. The stone blocks in the broad gable were connected by metal clamps during restoration at the beginning of the 20th century. In order to study the seismic performance of the strengthened stone masonry structures, an experimental investigation of seismic behaviour of a physical model of the Protiron was performed on the shaking table. The model was designed as a true replica model in a length scale of 1:4 and exposed to representative earthquake with increasing intensities up to collapse. The tests provided a clear insight into system behaviour, damage mechanism and failure under intensive seismic load, especially into the efficiency of connecting elements, which had a special role in increasing seismic resistance and protection of the structure from collapse. Additionally, this experiment provided valuable data for verification and calibration of numerical models for strengthened stone masonry structures.     

带斜筋单排配筋L形截面剪力墙的非工程方向抗震性能1

带斜筋单排配筋混凝土剪力墙结构是为取代粘土砖多层住宅结构而发展起来的一种新型多层混凝土结构,其经济性合理,抗震性能优于传统的砌体结构.为进一步充分了解其抗震性能,开展该新型结构体系中“L”形截面剪力墙的非工程轴方向抗震性能试验研究.进行1个单排配筋混凝土“L”形截面剪力墙和1个带斜筋的单排配筋混凝土“L”形截面剪力墙低周反复荷载试验,对比分析其破坏特征、滞回特性、耗能能力、承载力、延性、刚度,并利用ABAQUS软件进行非线性有限元分析,探究斜筋对其抗震性能的影响.研究结果表明,在非工程轴方向,带斜筋单排配筋“L”形截面混凝土剪力墙的抗震性能优于不带斜筋的剪力墙.     

砖石古塔抗震性能评估方法及抗震加固措施研究

为了提高砖石古塔的抗震性能,针对其地震反应特点,研究了砖石古塔的抗震薄弱部位、抗震性能评估方法、评价指标以及抗震加固措施。主要研究结论为:（1）提出了采用极限承载能力与层间位移角2个指标综合评估砖石古塔的抗震性能,并通过工程实例验证了该方法的有效性。（2）提出了对穿锚杆锁定内外钢带围箍和竖向贯穿钢筋为主,聚丙烯酸脂乳液砂浆裂缝注浆为辅的砖石古塔综合抗震加固措施。（3）砖石古塔塔底截面为承载能力抗震薄弱部位,抗拉能力不足是导致塔体破坏的主要原因。（4）地震作用下,砖石古塔随着塔体层数的增加,层间位移角增大,顶层塔体为变形能力薄弱部位。该研究结果可为砖石古塔的抗震性能评估与抗震加固提供参考。     

基于BIM的建筑砌体结构抗震性能评估方法研究

建筑砌体结构抗震性能评估,对建筑结构安全的稳定性至关重要。本文从四个方面分析建筑砌体结构抗震性能提升的条件,根据建筑结构的抗震性影响因素,评估抗震能力。构建建筑砌体结构抗震性能的评估BIM指标体系;利用BIM模型中的三角模糊数,定量计算建筑砌体结构抗震性能指标的模糊判断矩阵,得到建筑砌体结构的三角模糊数值,分析筑砌体结构抗震性能指标的单排序情况,结合对建筑砌体结构抗震性能评估体系指标权重系数和单项得分的计算,实现基于BIM的建筑砌体结构抗震性能评估。结合模拟建筑实例分析,利用建筑结构倒塌概率测试建筑砌体结构的抗震性能,并利用评估结果与实际评估结果的拟合度测试提出方法的准确性。实例结果证明,能够准确的得到抗震性能的评估结果。     

预应力混凝土结构非线性地震反应分析

本文针对预应力混凝土与普通混凝土不同的受力特点,提出了适合于分析预应力混凝土结构抗震性能的非线性有限元模型。模型首先将混凝土结构离散为杆单元,然后对各杆单元按分层组合原理分成许多混凝土层、预应力钢筋层和普通钢筋层,计算混凝土分层单元、预应力钢筋和普通钢筋的应力和应变,最后,根据钢筋与混凝土之间的粘结－滑移关系高速钢筋变形,根据混凝土弹性模量调整结构及杆单元变形,通过对普通混凝土构件和三个预应力混凝     

中小学砌体结构校舍的隔震加固技术研究

本文以抗震设防8度区的山西省某小学4层砌体结构教学楼抗震加固为背景,探讨了采用隔震技术对多层砌体房屋进行抗震加固的计算分析方法、施工工艺及相应的关键技术。结果表明,叠层橡胶垫基础隔震加固可以有效降低上部结构所受的地震作用,能够在一定程度上提高工程结构的安全性,是一种比较有效的建筑抗震加固技术。在高烈度区对砌体结构校舍进行抗震加固时,采用隔震加固技术比传统加固方法更具有优势。相关成果对于中小学砌体结构校舍抗震加固具有重要的参考价值。     

Rehabilitation of earthquake damaged external RC beam‐column joints by joint enlargement using prestressed steel angles

The effectiveness of a rehabilitation method based on joint enlargement using prestressed steel angles to enhance the seismic behavior of damaged external reinforced concrete beam‐column joints was experimentally investigated. Three half‐scale joints having either non‐seismic or seismic reinforcement details were tested both before and after rehabilitation by applying lateral cyclic loading of increasing amplitudes. Two defects were considered for the two non‐seismic units, being the absence of transverse steel hoops and insufficient bond capacity of beam bottom steel reinforcing bars in the joint panel zone. The damaged specimens were rehabilitated by injecting epoxy grout into existing cracks and installing stiffened steel angles at the re‐entrant corners of the beam‐column joint, both above and below the beam, that were mounted and held in place using prestressed high‐tensile strength bars. The test results indicated that the seismic performance of the rehabilitated specimens in terms of strength, stiffness, and ductility was fully recovered and comparable with the performance of the seismically detailed specimen. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于增量动力分析方法的砌体结构地震易损性分析

砌体结构是一种脆性结构,变形能力和承载力均较低,因取材方便、施工简单和造价低等优势在中国被广泛应用。为了评估砌体结构的抗震性能,本文基于增量动力分析（Incremental Dynamic Analysis,IDA）方法研究了多层砌体结构的地震易损性,分析了影响砌体结构地震易损性的主要因素以及群体多层砌体结构地震易损性。研究结果表明:在相同场地条件情况下,砌体结构的房屋层数、砌筑砂浆强度、设防烈度和墙体面积率对结构的地震易损性影响较明显;当结构层高在2.8~3.3 m之间时,层高对结构地震易损性的影响不大。抗震设防砌体结构抗震能力比不设防结构有明显提高,说明构造柱和圈梁等构造措施能显著提高砌体结构的抗倒塌能力,这与目前的基本认识相同,也证明了增量动力分析方法的有效性。     

一种保温模块混凝土剪力墙抗震节能房屋工作性能研究

介绍了EPS模块混凝土剪力墙结构研究的概况,深化分析了这种结构复合墙体的抗震和保温性能。研究表明:EPS模块混凝土剪力墙结构房屋,具有良好的保温隔热性能;与传统的粘土砖房相比较,其承载力、刚度、延性、抗震耗能能力均有显著提高;EPS模块单排配筋混凝土剪力墙结构节能房屋,适于地震区低层和多层房屋的抗震设计,具有良好的应用推广前景。     

Seismic performance of masonry walls retrofitted with steel reinforced grout

An innovative solution for the seismic protection of existing masonry structures is proposed and investigated through shake table tests on a natural scale wall assemblage. After a former test series carried out without reinforcement, the specimen was retrofitted using Steel Reinforced Grout. The strengthening system comprises horizontal strips of ultra‐high strength steel cords, externally bonded to the masonry with hydraulic lime mortar, and connectors to transversal walls, applied within the thickness of the plaster layer. In order to assess the seismic performance of the retrofitted wall, natural accelerograms were applied with increasing intensity up to failure. Test results provide a deep understanding of the effectiveness of mortar‐based composites for improving the out‐of‐plane seismic capacity of masonry walls, in comparison with traditional reinforcements with steel tie‐bars. The structural implications of the proposed solution in terms of dynamic properties and damage development under earthquake loads are also discussed.Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.