低矮隔震砌体结构抗震性能试验研究及其应用

【摘要】：历次震害调查显示,较大比例的村镇砌体结构房屋在地震中破坏严重,抗震性能较好的新型村镇隔震砌体结构房屋的研究已受到研究者的广泛关注。低矮隔震砌体结构是将滑移隔震垫、铅芯橡胶隔震支座等隔震装置应用于村镇低矮砌体结构中,阻止地震作用向上部砌体结构传递,达到减小地震反应的效果。因此,推广应用隔震技术,提高以砌体结构为主体的村镇房屋的抗震性能具有重要工程意义和实际应用价值。本文采用隔震垫水平刚度试验、房屋模型振动台试验研究和数值模拟相结合的方法对砖砌体墙体的隔震性能、铅芯橡胶隔震支座的力学性能以及低矮隔震砌体结构房屋的隔震性能进行了研究。利用有限元软件SAP2000分析了输入不同地震波的砌体结构的反应规律,采用ETABS软件对低矮隔震砌体结构村镇房屋及多层隔震砌体结构村镇示范楼进行分析。本文的主要研究内容和结论如下:(1)分析村镇民居结构形式和砌体结构的震害,总结归纳国内外隔震技术的发展应用以及村镇低矮砌体结构隔震技术存在的问题,将一种适用于低矮砌体结构的铅芯橡胶隔震支座置于承重墙体中的新型隔震体系,应用于传统砌体结构中,形成新型村镇隔震砌体结构房屋。(2)对4片设置3种不同规格橡胶隔震支座的砌体墙进行拟动力试验,研究隔震层在模拟地震作用下的破坏过程和滞回性能,分析不同规格隔震垫、墙体隔震层厚度、加载地震等级等多种非线性因素对墙体隔震的影响。试验结果表明:砖砌体墙设置隔震支座后抗震抗剪能力因隔震层变形而显著增强,所设置的隔震支座能达到预期效果,满足多数村镇砌体房屋的抗震要求。(3)对5种小直径铅芯叠层橡胶隔震支座进行水平刚度试验,研究隔震支座水平剪应变、第二形状系数对其等效水平刚度、屈服后刚度、滞回性能等的影响,分析隔震支座水平刚度与结构模型减震系数、水平位移的相关性关系,给出相应拟合公式,确定了村镇建筑橡胶隔震支座的相关参数,为振动台试验中隔震支座的设计和选取提供参考依据。(4)采用有限元分析软件SAP2000,对输入不同地震波的隔震和非隔震砌体结构进行模态分析和时程分析,研究隔震和非隔震结构在输入不同地震波时的反应规律。数值模拟结果确定了地震波的选取原则、传感器的测点位置以及震动台试验的加载方案,为低矮砌体结构房屋的震动台试验设计提供依据。(5)对1:2缩尺的隔震和非隔震典型二层村镇砌体结构房屋进行振动台试验,验证本文使用的墙体中设置隔震层体系的可行性,观察隔震和非隔震模型、隔震填充层、隔震层防水及附属材料在地震中的破坏形态,对比分析隔震和非隔震房屋的动力特性、加速度反应、层间位移反应和结构剪重比,研究模型的扭转、塑性积累、纵横墙输入反应、多种地震反应的差别。试验结果表明:房屋模型在800gal相当于10度设防的地震作用下无明显破坏,支座复位情况良好,说明采用合理构造的隔震砌体结构房屋具有良好的隔震效果,为隔震技术在村镇低矮砌体结构房屋中的应用提供试验支持。(6)以低矮隔震砌体结构村镇房屋及多层隔震砌体结构村镇示范楼为设计案例,按照村镇砌体结构民居技术规程,采用ETABS软件对其进行模拟建模,归纳了村镇砌体结构房屋设计的隔震计算方法,对隔震支座的布置、隔震分析计算、下部结构和基础设计、隔震层的连接构造、隔震支座的施工安装以及验收、维护提出了合理建议。