新型柔性连接开洞填充墙RC框架结构平面外抗震性能

砌体填充墙钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架结构在强地震作用下容易损伤破坏,我国规范建议填充墙与框架之间采用彼此脱开或柔性连接做法,但这也增加了填充墙平面外倒塌的风险。基于此对一种新型柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构进行了平面外的拟静力试验研究,分析了其失效过程、受力特征和破坏模式。结果表明：砌体填充墙RC框架结构平面外承载能力主要依靠于拱承载机制,槽钢轨道可以有效提高框架对填充墙两侧的约束作用,防止填充墙与框架之间的相对滑动,有利于水平拱承载机制的形成。对比普通柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构,采用新型柔性连接的开洞砌体填充墙RC框架结构,平面外的峰值承载力和峰值承载力处割线刚度分别提高了44.14%和9.70%;新型柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构在峰值承载力状态下和极限承载力状态下,其罕遇地震作用加速度相比于普通柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构分别提高了81.03%和77.36%。因此,采用新型柔性连接构造可有效提高开洞砌体填充墙RC框架结构的承载能力,改善开洞砌体填充墙RC框架结构平面外的稳定性,从而提高开洞砌体填充墙RC框架结构平面外的抗...     

地震作用下钢筋混凝土框架-填充墙相互作用分析

对带填充墙的钢筋混凝土框架结构进行数值分析,研究填充墙体对框架结构抗震性能的影响。采用有限元软件ABAQUS建立了填充墙框架结构模型,通过数值模拟分别分析了墙体开洞、墙体材料以及填充墙与框架的连接形式在多遇和罕遇地震下对填充墙框架动力响应及损伤的影响。分析结果表明:刚性连接下的填充墙对框架产生了刚度效应,使得其自振周期为纯框架的0.2~0.7倍,导致在地震作用下的响应增大,但填充墙对框架的约束效应限制了框架柱的变形,增大了结构的抗侧承载力;罕遇地震下填充墙与框架存在复杂的相互作用,开洞填充墙对框架柱产生了约束作用,减小了柱的计算高度,满布填充墙对框架产生斜压杆效应,导致柱端出现附加剪应力容易出现剪切破坏。柔性连接下的填充墙对框架的自振周期影响很小,在进行抗震验算时可不进行自振周期折减,在多遇和罕遇地震波作用下的动力响应以及损伤均与纯框架类似,与抗震规范的设计计算吻合,同时也可避免填充墙的破坏。     

考虑填充墙影响的钢筋混凝土厂房结构地震易损性分析

采用对角斜撑模拟纵向填充墙的作用,建立考虑填充墙和不考虑填充墙厂房结构模型,采用拉丁超立方抽样技术建立考虑材料不确定性的结构分析样本,基于随机Pushover分析确定结构不同破坏状态下的统计参数。综合考虑结构材料强度及输入地震动不确定性的影响,通过非线性时程分析开展单层钢筋混凝土厂房结构易损性研究,在此基础上比较结构横、纵向易损性的差异,研究填充墙对结构易损性的影响。研究结果表明:钢筋混凝土厂房结构体系横向地震易损性显著大于纵向地震易损性;对纵向结构体系而言,加入填充墙会明显降低结构易损性,但在相同强度的地震动作用下,填充墙破坏程度比主体结构严重,这与厂房结构的实际震害特征相符。     

芦山地震中校舍建筑的震害特点与分析

本文对芦山地震中的校舍建筑震害进行调查和分析.调查发现,汶川地震后重建的框架结构,由于按照新的抗震规范进行设防,大多数没有出现结构性损伤,震害集中在填充墙等非结构构件上.建于汶川地震前的框架结构,当不符合规范的强制条文时,破坏严重,特别是单跨框架,个别发生首层柱端破坏.砖混结构校舍中的宿舍楼,由于开间小,横墙多,多设置了构造措施,虽有结构破坏,但均可修复.砖混结构教学楼采用砖墙-框架柱混合承重的结构体系,大多在汶川地震后得到加固,未加固的教学楼有严重的结构破坏,而加固后的校舍建筑则表现较好,但是这些结构体系多采用预制空心板,整体性较差,已经被规范禁止用于校舍建筑.场地对结构震害有重要的影响,密实的持力层、妥善的地基处理和整体性好的基础形式,可以大幅度减轻结构的震害.本文建议:应加强校舍建筑基于性能设计的研究,进一步明确其设防目标;研究填充墙与框架的相互作用,设计新型的填充墙体系以实现校舍建筑在不同地震水平下的功能要求.     

增设落地剪力墙对框架结构地震剪力分配的影响研究

为研究地震作用下钢筋混凝土框架结构倒塌机理,验证基于内力分配得到的抗倒塌措施的合理性,设计2组缩尺比例为1∶4的框架结构模型并开展振动台对比试验,单次双向输入地震动峰值加速度为1.0 g,分析地震作用下填充墙-框架结构变形模式和破坏特点,对比分析有、无落地剪力墙框架结构柱间内力分配规律。研究结果表明,填充墙影响框架结构整体变形及柱破坏模式,横向满砌填充墙约束结构扭转变形,即使在双向地震作用下,偏心结构也未发生扭转;由于窗下半高连续填充墙的约束作用,窗间柱抗侧刚度变大,在地震作用下承担的地震剪力是不受半高连续填充墙约束柱的6～8倍;设置落地剪力墙可优化底层柱间地震剪力分配,使框架柱地震剪力分配趋于均匀,避免结构因“凝震聚力”而发生倒塌,实现“大震不倒”。     

考虑墙-框连接刚度影响的填充墙框架结构抗震性能分析

历史震害表明,填充墙与框架的连接刚度对框架结构的抗震性能有重要影响。我国《建筑抗震设计规范》(2010)建议"框架结构中的砌体填充墙,宜与柱脱开或采用柔性连接",但对二者的具体连接刚度,规范并没有做出明确规定。运用ABAQUS软件,对前人开展的考虑填充墙与框架连接影响的框架结构拟静力试验进行数值模拟,对比分析填充墙框架结构破坏特征及滞回曲线等抗震性能指标,验证了有限元模型的可靠性。基于某典型框架结构,建立不考虑填充墙、考虑填充墙与框架不同连接刚度的框架结构有限元模型。模态分析表明,连接刚度对框架结构的频率影响较小,结构的动力特性趋于一致;多遇地震和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析表明,合适的连接刚度可以提高结构的抗震性能。研究可为框架结构的抗震设计提供参考。     

汶川地震中某RC框架结构的震害分析与模拟

2008年5月12日,四川省汶川县发生里氏8.0级地震,造成了巨大的人员伤亡以及工程结构震害。本文基于江油市某RC框架结构的震害调查,分析了该框架结果出现底层"薄弱层"和"强梁弱柱"的破坏机制的主要原因。采用该框架结构附近三个台站的主震加速度记录作为输入开展了非线性地震反应分析。研究表明,填充墙的竖向不均匀布置改变了框架的抗侧刚度分布,造成底层薄弱层的破坏现象。底层柱子的轴压比相对较大,塑性变形能力及耗能能力相对较差,使得底层柱的变形量更容易达到其塑性变形极限而发生破坏。由于现浇楼板对梁刚度和抗弯承载力的增强,框架结构很难出现规范中"强柱弱梁"的破坏机制。结构基本周期对应的加速度反应谱值是决定结构地震反应的主要参数,基本周期加速度反应谱值的增加会导致结构塑性铰的迅速发展,造成结构出现柱铰机构而整体失稳倒塌。建议设计框架结构时,尽量避免填充墙的不均匀布置。适当增加底层柱的截面面积和配筋率,降低轴压比以保证良好的延性。梁端负向抗弯承载力计算时采用T型截面,并考虑一定范围内楼板配筋的影响。     

芦山地震和汶川地震中空心砖填充墙震害反思

空心砖砌体填充墙框架结构是我国现阶段应用广泛的建筑结构形式之一。2008年四川汶川地震和2013年四川芦山地震中,不同地震烈度区均有大量填充墙框架结构发生不同程度的震害。基于广泛且深入的现场调研,系统介绍了空心砖填充墙的震害特征,并探讨了其震害原因。研究发现,空心砖砌体填充墙在地震中极易发生破坏,即使在地震烈度相当于或低于设防烈度的地区,空心砖砌体填充墙的震害亦非常普遍。空心砖砌体强度低、门窗洞口或墙内管线对填充墙的削弱、以及楼梯间形成的抗震薄弱部位等都是造成空心砖填充墙极易发生震害的原因。现行规范所规定的拉结筋、构造柱和水平系梁等抗震构造措施,对防止地震中填充墙整体平面外坍塌有一定的贡献,但不能有效改善填充墙自身平面内的拉压承载能力。空心砖填充墙发生严重破坏时,框架梁柱可能仍完好无损。建议抗震设防类别为甲类、乙类和装修标准很高的丙类建筑,不宜采用空心砖砌体填充墙。     

填充墙RC框架结构地震破坏机理及关键抗震措施研究

汶川8.0级特大地震等震害调查结果显示,通常被认为其抗震设计问题已经解决且具有较强抗震能力的RC框架结构,却突出地表现出"强梁弱柱"、"薄弱层"、"短柱失效"等一系列超出抗震设计初衷的灾难性破坏形式。本文以汶川漩口中学倒塌的RC框架结构教学楼的典型震害为背景,通过典型双跨填充墙RC框架结构单元伪静力试验及框架结构模型地震模拟振动台对比试验,结合理论分析和数值模拟,研究了填充墙对RC框架结构破坏机理的作用机制,分析了现浇楼板对实现"强柱弱梁"破坏机制的影响规律,提出了可有效改善RC框架结构抗倒塌机制的技术措施及设计建议。论文主要完成了以下工作:(1)以汶川漩口中学倒塌的教学楼为原型,设计完成了考虑楼板及填充墙影响的4个1/2缩尺的单层两不等跨填充墙RC框架结构模型伪静力试验,研究了2类填充墙材料、3种布置方式对框架结构整体强度、刚度及延性的影响规律,揭示了填充墙及现浇楼板对框架结构不同地震破坏模式的作用机理。(2)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,采用DIANA非线性有限元分析程序,实现了填充墙与框架间相互作用模拟;分析了填充墙与RC框架结构的相互作用机理,研究了填充墙对典型双不等跨RC框架结构破坏及倒塌模式的影响规律。(3)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,结合理论分析及非线性有限元数值模拟,系统研究了填充墙RC框架结构中的"短柱"破坏机理。选取实际工程中常用的粘土砖、加气砌块、蒸压砖等3种砌体材料,定量研究了不同填充墙砌筑材料、墙-框界面刚度及填充墙布置高度对RC框架结构"短柱"破坏模式的影响规律,提出了可实现避免短柱破坏的理论判别公式及设计措施。(4)研究提出了可显著提升框架结构整体抗倒塌能力的现浇楼板四角与梁柱有限断开的抗震设计措施。按现行规范设计制作了2个2×2跨、1/5缩尺的4层填充墙RC框架结构模型,通过地震模拟振动台对比试验,验证了横向两不等跨RC框架结构中填充墙及现浇楼板对破坏模式的不利影响;通过振动台试验与伪静力试验及实际震害现象对比分析,揭示了现浇楼板以及填充墙对框架结构破坏模式的作用机理;通过两RC框架结构模型破坏模式对比试验及非线性数值模拟分析,进一步证实规范中试图提高柱端弯矩增大系数的设计方法并不能有效实现预期的"强柱弱梁"破坏机制,而现浇楼板四角与梁柱有限断开的措施可明显提高框架结构的整体抗震性能,有效延迟框架柱的破坏。     

框架结构填充墙影响和强梁弱柱成因研究

由于对填充墙影响研究的不足,以及又不属于主体结构的一部分,通常将填充墙作为非结构构件,在抗震设计中往往被忽略,然而在地震中填充墙表现为主体结构构件,决定着整体结构的抗震性能,布置不当往往会导致结构薄弱层或扭转破坏;而对于无填充墙的框架结构在地震中更多的表现为"强梁弱柱"破坏,并未实现预期的"强柱弱梁"延性破坏机制。上述震害现象引起了研究人员极大重视,并开展了广泛研究。本文在系统总结国内外相关研究和深入分析的基础上,结合试验和实际震害,就填充墙对整体结构抗震性能的影响以及"强梁弱柱"的成因进行了研究,主要工作如下:(1)总体上填充墙的存在明显提高了整体结构的抗震性能。在试验基础上,对填充墙框架和空框架结构计算模型进行多遇及罕遇地震下的动力时程分析,对比了两个计算模型的楼     

增设翼柱的底商多层砌体房屋抗震性能试验研究

为研究在结构前纵墙底层部位增设翼柱对底商多层砌体房屋抗倒塌性能的影响,分别设计了一个1/5缩尺比例的普通底商多层砌体房屋及增设翼柱的砌体房屋模型分别进行振动台试验研究,对比分析各模型的破坏过程、加速度放大系数、相对位移及典型位置应变等参数。结果表明,在同样的地震动输入下,带有翼柱的底商多层砌体房屋破坏程度、层间相对位移及层间位移角均明显低于普通底商多层砌体房屋,带有翼柱的底商多层砌体房屋抗倒塌性能显著提高。     

填充墙RC框架结构加固方法的研究现状及展望

综述了用于提高填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能和改善结构损伤模式的几类加固措施,从工艺、加固效果和破坏形式3个角度进行了分析.在建筑结构设计过程中,填充墙通常被视为一种典型的脆性非均质非结构构件,忽视了填充墙与RC框架之间的相互作用.地震调查报告表明,在结构遭受地震作用时,填充墙通常先于钢筋混凝土框架发生破坏,...     

提高框架填充墙结构抗震性能的新途径和新方法

归纳分析了近5年国内发生的江西九江地震、云南盐津地震、云南普洱地震和四川汶川地震中框架填充墙结构常见的震害现象及其破坏原因,在此基础上,采取＂以强御强＂和＂以柔克刚＂两种不同的抗震思路,提出了通过捆绑墙体、构造次框架、填充墙开缝、耗能柔性连接、构造阻尼填充墙、设置节点耗能器来提高框架填充墙结构抗震性能的新途径和新方法。所提出的方法及其思路对框架填充墙结构的工程设计和抗震新方法的研发具有一定的参考价值。     

砌体填充墙框架结构抗震性能研究现状与展望

针对砌体填充墙框架结构在地震作用下的受力特点,分析了填充墙钢筋混凝土框架结构产生震害的主要原因。结合国内外砌体填充墙框架结构理论和试验研究成果,围绕填充墙的刚度退化规律和不同性能水平的层间位移角,评述了填充墙框架结构的研究现状。最后,结合基于性能的抗震设计理论背景和禁用黏土实心砖提倡节能的政策背景,指出了今后应以实现基于性能的抗震设计为目标,针对新型砌体填充墙框架结构开展系统研究。     

青海东南部农村民居结构特点及抗震能力分析

我国农村民居的抗震能力具有显著的地域特点。本文基于现场调研结果总结了青海东南部黄河流域农村民居的结构特点,并对其抗震能力进行了评估。庄廓院是调研区内的典型农村民居,本文对调研区内庄廓院的木构架房屋进行研究,提出庄廓土墙围护木构架房屋的震害等级分类标准,根据实际震害资料和类比的方法确定了当地土墙围护木构架结构的震害矩阵和震害指数与峰值加速度的关系曲线。与云南鲁甸农村的土木结构房屋比较,青海庄廓院民居具有更高的抗震能力;与未设防的砖混结构比较,这种土墙围护的木构架结构在高烈度区造成人员伤亡的风险更低。     

基于有限元法的土坯民房地震响应分析研究

基于有限元法研究了土坯民房的地震响应特征,提出了实施土坯民房震害防治的对策性建议。地震动由结构底部向上传播时,低频部分被墙体吸收,水平加速度逐渐增大,揭示了低破坏性地震动损伤土坯民房屋盖系统、高破坏性地震动损坏土坯民房承重构件,进而导致整体结构损毁的动力机制。砖柱（木柱）承重土坯民房的地震响应大于墙体承重土坯民房,后者最大剪应力集中在中间开间的横墙和纵墙的连接处,最大主应力集中在中间开间的横墙上;前者最大剪应力集中在横墙和柱的连接处,最大主应力集中在中间开间的柱体上部。由于2种结构类型土坯民房的薄弱环节有所不同,地震时的致灾原因亦存在差异。     

填充墙刚度影响的实测高层建筑增量动力分析

高层结构中的填充墙在地震作用下与周围结构构件之间的相互作用十分复杂,对建筑结构的整体抗震性能具有较大影响。然而我国规范在设计阶段通常不考虑填充墙对结构抗震性能的影响,统一采用周期折减系数来考虑其刚度变化引起的内力变化,因此准确评估填充墙对结构抗震性能的影响具有重要意义。本文在对一栋框-剪结构和一栋剪力墙高层建筑进行随机振动测试的基础上,利用Perform-3D对每栋高层分别建立了3种分析模型。其中对未考虑填充墙作用的结构模型,分别采取规范建议值和实测结果值两种方式进行周期折减。对通过添加斜撑单元来考虑填充墙作用的结构模型,利用环境激励测试识别获得的结构模态信息进行模型修正。对该3种模型进行了增量动力分析,探讨潜在危险性水平地震作用下填充墙对高层建筑抗震性能的影响。结果表明,填充墙增加了结构在弹性阶段的整体初始刚度,但随着地震动强度的增加逐渐丧失对结构刚度的贡献作用。相比考虑了填充墙作用的模型计算结果,规范建议的周期折减系数较为保守。同时研究发现,填充墙对高层框-剪结构的影响程度要比剪力墙结构大。     

Experimental and analytical investigation of seismic stability of masonry walls at Beauharnois powerhouse

The seismic stability of the facade brick-masonry walls of the machinery building of the Beauharnois powerhouse near Montreal, Quebec, Canada were investigated numerically by use of non-linear models and applying experimental methods on site and on the IZIIS’ seismic shake-table. The dynamic properties of the machinery building were obtained by ambient vibration measurements. Based on these results, a model of a representative part of the building, consisting of steel frames and brick masonry wall, was designed and constructed to the reduced scale at the IZIIS’ Dynamic Testing Laboratory and then tested on the two-component shake-table. The geometry of the original structure was completely scaled to 1/3, consisting of many realistically simulated details such us: brick layers, steel columns, openings, window frames, steel connectors between brick layers, number of layers, brick dimensions, etc. The material used for the model was: original steel for the frame structure and bricks of reduced mechanical properties for the masonry wall, close to the similitude requirements according to the Backingham’s theorem, valuable for adequate artificial—mass simulation model as well as true replica simulation model. More than 50 seismic tests were performed considering the design earthquake Nahanni NWT, H1, with a time scaling factor of 3^1/2, and acceleration scaling factor 1, according to the model design rules. The intensity of the applied input earthquake excitation was from 0.05 to 1.2 g. The design peak acceleration of Nahanni earthquake was 0.2 g. The cracks development was stated at 0.7 g input acceleration. These were concentrated around the openings. No collapse happened even under the strongest earthquake input. The numerical part of this paper deals with formulation/application of the critical plane approach to seismic analysis of masonry structures. Starting with the constituents, i.e. mortar and bricks, the macroscopic strength properties of masonry were established based on numerical homogenization. Generally, based on all the performed experimental tests, considering some simplifications and assumptions in the constructing details, as well as in the design of the model, the global conclusion is that the existing wall is very well incorporated in the steel structure of the powerhouse. The complementary stiffness of the steel frame and the brick masonry wall produces interactive deformation of the system. Only local cracking and relative displacement between the wall and the steel frames could be expected in the case of a strong earthquake.