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《湖南大学》 2007年
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混凝土多孔砖砌体结构房屋拟动力试验研究及抗震性能分析

杨春侠  
【摘要】: 混凝土多孔砖是替代粘土砖的承重墙体主导材料之一,其尺寸规格与粘土多孔砖相似,砌筑简单且力学性能好,推广应用前景广阔。本文基于对混凝土多孔砖砌体结构房屋的子结构拟动力试验、墙体的拟静力试验研究,并采用模态分析、弹性与弹塑性时程分析以及能力谱法等一系列方法进行了理论分析,较全面地揭示和评价了混凝土多孔砖砌体结构的抗震性能,为这种结构在抗震设防地区的设计和应用提供了依据。本文主要研究成果如下: 1.建立了模型房屋及原型房屋的三维空间有限元动力分析模型,对模型房屋和原型房屋进行了模态分析和弹性地震反应分析。分析表明试验模型和原型房屋模态相近;原型房屋弹性地震反应计算值与试验模型反推结果基本吻合,本文所采用的试验模型能够模拟原型房屋的基本动力特性。采用傅立叶变换和小波变换理论综合分析EL-Centro波、Taft波和天津宁河波三种地震波频谱特性对模型房屋地震反应的影响,并根据小波变换对地震波的分解重构结果,合理地截取三种地震波富含模型房屋基频的时段进行拟动力试验。拟动力试验及动力有限元分析结果表明,模型房屋对Taft波的反应最小、EL-Centro波次之,模型房屋对宁河波的反应最大,说明地震波加速度脉冲面积对结构地震反应的影响不容忽视,本研究可以为今后拟动力试验中地震波的选择和截取提供参考和研究思路。 2.在国内首次进行了两个自由度试验子结构及六个自由度计算子结构的8层24m高混凝土多孔砖砌体结构1/2比例模型房屋子结构拟动力试验,较全面地揭示了该房屋的抗震性能。试验研究表明:模型房屋呈剪切破坏形态,一层首先破坏,为抗震的薄弱层,模型房屋破坏形态与普通粘土实心砖砌体房屋地震破坏形态相似;模型房屋一层墙体最大剪应力值达0.94N/mm2,二层墙体最大剪应力值达1.22N/mm2,且当混凝土多孔砖砌体抗剪强度按f v= 0.176f2计算,上述试验值与计算值的比值达1.4,模型房屋具有良好的水平承载能力;模型房屋一层极限荷载点对应的层间位移角为1/324,破坏荷载点对应的层间位移角为1/193,延性系数为2.43,模型房屋具有较好的变形能力,能满足相应的抗震要求;整个结构在墙体严重开裂破坏后仍然保持良好的整体性,模型房屋的抗震构造措施合理。上述研究成果被《混凝土多孔砖建筑技术规程》(DBJ43/002-2005)采用,为《砌体结构设计规范》及《建筑结构抗震设计规范》补充混凝土多孔砖砌体结构的抗震设计提供了依据。 3.研究了轴压比对混凝土多孔砖砌体结构恢复力特性的影响,建立了以恢复力模型的弹塑性阶段和破坏阶段刚度比系数α1和α2考虑轴压比影响的三线型恢复力模型。采用本文恢复力模型对模型房屋进行了弹塑性地震反应分析,结果与拟动力试验结果吻合。本文提出的三线型恢复力模型为今后的砌体结构弹塑性分析提供了一定的依据和研究思路。 4.采用能力谱方法分析了模型房屋在EL-Centro波激励下的抗震性能,能力谱分析结果与拟动力试验结果基本吻合,表明本文采用的基于能力谱法的抗震性能评估方法可行,可以用于评估砌体结构抗震性能。模型结构弹性阶段最大层间位移的计算值和试验值均远小于抗震设计通则规定的层间位移限值7.5mm;模型结构达到破坏阶段时层间位移仍小于抗震设计通则规定的层间位移限值,说明抗震设计通则规定的层间位移限值偏大,用于控制砌体结构地震作用下的层间位移偏于不安全,可供今后规范修订层间位移限值参考。 5.通过子结构拟动力试验研究、动力有限元弹性时程分析、层间模型的弹塑性时程分析以及基于能力谱的抗震性能评估,系统而深入地评价了混凝土多孔砖砌体结构房屋的抗震性能。结果表明,模型房屋能满足7度抗震设防地区“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防要求。为慎重起见,混凝土多孔砖砌体房屋在6度抗震设防地区可建到8层24m高,从而拓宽了混凝土多孔砖砌体结构在抗震设防地区的应用范围。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TU364

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