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。     

单体建筑无筋砌体加固体系的抗震韧性研究

单体建筑无筋砌体结构的抗震韧性较差,在地震中容易发生严重破坏和倒塌。为此,以抗震韧性为参数指标,对单体无筋砌体结构进行加固并分析,研究其在地震作用下的抗震能力。以某实际工程作为研究对象,运用ANSYS软件建立单体建筑无筋砌体加固有限元模型,选取中国汶川地震波、日本阪神大地震波、美国克恩县地震波、中国台湾集集地震波及人工地震波作为地震动输入,利用韧性指数法和韧性等级法,从无筋砌体加固体系在震后的修复费用、修复时间及人员伤亡等方面进行分析,得到抗震韧性评估结果。研究表明：(1)在罕遇地震、设防地震和多遇地震的情况下,单体建筑无筋砌体结构的层间位移、层间剪应力、破坏程度均大于单体建筑无筋砌体加固体系;(2)在受到地震强弱因素影响下,无筋砌体结构的抗震韧性指数最高为0.877,而其加固体系的抗震韧性指数最低为0.908;(3)在经历不同地震波后,无筋砌体结构受到较大损害等级占比较高,人员伤亡较重,需要花费较长的时间和较多的费用完成灾后重建;而经过加固后的无筋砌体结构,加固体系受到较小损害等级占比较高,人员伤亡较轻,且能够用较短的时间和较少的费用完成灾后重建。     

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。     

建筑结构的屈曲约束支撑对其抗震加固性能的影响

当前方法采用伸臂桁架加固建筑结构时,未考虑建筑结构的屈曲约束支撑力的影响,伸臂桁架与建筑结构的连接不牢固,导致其对建筑结构的抗震加固性能较差。故此,深入分析建筑结构的屈曲约束支撑对其抗震加固性能的影响,设计建筑结构抗震加固方案,利用高强螺栓节点经由连接钢板实现屈曲约束支撑与建筑结构的铰接固定。分别从支撑变形同建筑结构层间位移的关系、建筑结构支撑承载力、多遇地震影响下屈曲约束支撑框架的位移验算,以及罕遇地震影响下屈曲约束支撑的弹塑性位移验算方面,分析屈曲约束支撑对建筑结构抗震加固性能影响。经实验分析得出,建筑结构加入屈曲约束支撑后第一扭转周期同第一平动周期的比值降低0.14,X、Y两个方向的砌体墙同建筑结构的刚度比值降低6.9、8.0,最大顶点位移值降低15.4 mm、29.3 mm,抗震加固性能大大提高。     

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。     

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。     

板式橡胶支座梁桥横向抗震加固研究

针对汶川地震中板式橡胶支座梁桥梁体横向移位严重的震害现象,提出了在原约束体系基础上增设X形板弹塑性挡块的抗震加固设计方法。以一座典型板式橡胶支座简支梁桥为研究对象,建立了可合理模拟支座滑动效应、挡块力学性能和墩柱滞回性能的全桥精细化有限元数值模型。选择国内外实际地震动进行横桥向非线性地震反应分析,研究了梁体与钢筋混凝土挡块横向间隙、X形板弹塑性挡块力学性能等两大参数对抗震加固效果的影响。研究表明:钢筋混凝土挡块与梁体间可预留一定横向间隙,X形板弹塑性挡块屈服强度可控制为上部结构恒载反力的5%;与抗震加固前相比,抗震加固设计能有效控制墩梁相对位移,同时减小桥墩结构地震反应,显著提高桥梁结构抗震性能。     

西昌市某多层砌体结构抗震能力分析及加固建议

多层砌体结构由于其施工简单、经济实用等自身优点,目前大量应用于我国的各类工业与民用建筑中。此类建筑物抗震鉴定对于抗震减灾意义重大。本文首先介绍了建筑结构抗震能力鉴定的流程,并结合西昌市某多层砌体结构的抗震分析,介绍了多层砌体抗震鉴定的一般流程、方法,并给出了抗震加固的建议,可为其它地震高烈度区多层砌体结构的抗震能力分析及加固提供参考。     

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。     

芦山7.0级地震砌体结构的震害特征

四川芦山7.0级强烈地震影响区域内有大量的砌体结构房屋,既有未采取任何抗震构造措施的非约束砌体结构,也有设置了圈梁和构造柱的约束砌体结构.文中首先简要讨论了本次地震强震动特性,表明其高频成分丰富,反应谱中低频部分衰减较快,是刚性结构和柔性结构地震破坏表现差别较大的原因之一;继而论文重点以现场震害调查资料为基础,总结了不同烈度区、不同类型砌体结构的震害特征;高烈度区不同类型砌体结构的震害程度和破坏比对比表明,约束砌体结构的抗震性能明显优于非约束砌体结构.     

砌体建筑抗震设计及加固新方法

介绍了美国砌体建筑物地震评估及加固方面的新发展,以及美国新近推荐采用的基于使用功能的砌体抗震规范,并与中国目前采用多的层砌体房屋的抗震设计规范作比较,指出出砌体抗震设计及加固中,提高它的塑性变形能力与提高它的强度同样重要。     

震后多层砌体结构的抗震鉴定与加固设计

本文以5·12汶川地震后绵竹市某砖混结构住宅为典型调查研究对象,介绍了震后多层砌体结构房屋的常见震害现象和一般震害规律,结合有关规范分析了一般受损建筑不同的抗震鉴定方法和手段,对比分析了各种抗震加固措施的加固效果与适用条件,较为全面地总结了一般多层砌体结构从震害调查到鉴定加固的方法和程序,为灾后砌体结构的抗震加固设计提...     

我国村镇砌体房屋震害分析与抗震加固研究进展

大多数震害都发生在抗震设防较薄弱的村镇地区,以村镇民居最常见的砌体结构形式为例,通过分析其建造特点、震害特征及抗震现状,指出了村镇砌体房屋抗震性能差的主要原因。参考中国砌体结构研究方面的相关文献,对增强砌体农居抗震性能的构造措施与加固方法提出了几点建议,并展望了今后加强砌体农居抗震性能的后续研究方向。     

砌体结构抗震性能评价——基于AHP和灰聚类综合模型

上世纪后期砌体结构作为我国办公、住宅等民用建筑大量采用的一种结构形式,经过多年使用后,急需进行修缮加固处理,尤其是其抗震能力的提高,已成为广大学者研究的重点。基于上述基本国情,本文首先在结合砌体结构的相关规范及震损资料的基础上,分层次建立了砌体结构的抗震性能综合评价指标体系,其次通过灵活运用并结合层次分析法(Analytic Hierarchy Process,简称AHP)与灰聚类两种方法,构建了砌体结构抗震性能的数学评价模型,最后结合实际案例验证了该模型的合理性及科学性,对今后砌体结构抗震性能的评价工作具有一定的参考价值。     

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。     

纤维砂浆带加固砌体墙片的抗震性能研究

针对低烈度区砌体结构房屋抗震的需要,本文提出利用纤维砂浆带加固砌体墙的一种廉价抗震方案。运用有限元分析软件Ansys10.0进行数值模拟分析,探讨这种加固方案的可行性,并在此基础上进行试验研究。通过纤维砂浆带加固砌体墙片在低周反复荷载作用下的试验,对墙片的破坏特征、裂缝的发展过程、滞回特性、结构延性等技术指标进行对比分析,结果表明,采用纤维砂浆带加固砌体墙有助于提高墙体的开裂荷载,增加结构的延性,改善墙体的抗震性能。     

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。     

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。     

竖向变刚度约束砌体结构抗震能力研究

汶川8.0级特大地震发生时,前山断裂从彭州市白鹿中学两栋教学楼中间穿过,断层距离两栋教学楼仅数米,造成前楼严重破坏,破坏现象非常典型。该结构为外廊式单跨约束砌体结构教学楼,抗震设防烈度为7度,承重墙体的构造特点有别于当地的普通砌体结构,本文采用现场测试、震害考察和弹塑性地震反应计算分析等手段对该结构的抗震性能进行了详细的研究,旨在揭示具有这类构造形式的砌体结构在不同烈度影响场下的破坏特点和抗震能力,为指导今后砌体结构的设计和抗震规范的修改提供参考。     

农村住宅砌体结构地震破坏数值模拟研究

国内震害调查表明我国农村房屋在地震中破坏严重,主要原因是农村自建房屋大都缺乏基本抗震措施.近年来有关部门针对农村房屋的抗震性能提出一些改进措施,但这些措施实际抗震效果如何,除了极少数通过模型试验验证外,很少得到验证.本文建立了砌体结构非线性有限元分析模型,以一幢农宅为研究对象,通过地震时程反应来再现其在地震作用下的破坏状况.研究表明本文提出数值模型能够较好的模拟砌体结构在地震中破坏过程,发现结构抗震薄弱部位.通过对三种模型对比分析表明圈梁和构造柱可以有效提高砌体结构整体抗震性能,但对局部破坏影响不大,需要在以后抗震设计中加以考虑.