第一章 緒 論

研究結(jié)構(gòu)地震倒塌問題的根本目的在于提高結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力。在與地震災(zāi)害斗爭(zhēng)的漫長(zhǎng)歲月中，廣大學(xué)者針對(duì) RC 框架結(jié)構(gòu)的抗倒塌措施進(jìn)行了卓有成效的研究，開發(fā)了隔震結(jié)構(gòu)體系[49]、支撐框架結(jié)構(gòu)體系[91][92]、搖擺墻框架結(jié)構(gòu)體系[81][118]等，并已開始投入工程應(yīng)用，甚至其中一些已經(jīng)經(jīng)歷了實(shí)際強(qiáng)震的檢驗(yàn)。但是，現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)條件制約是我們無(wú)法逾越的問題。RC 框架結(jié)構(gòu)在我國(guó)擁有巨大的數(shù)量，目前尚不具備廣泛應(yīng)用先進(jìn)建筑抗震技術(shù)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。考慮到經(jīng)濟(jì)條件的制約和結(jié)構(gòu)重要性的不同，現(xiàn)階段重要建筑應(yīng)探索新型結(jié)構(gòu)形式與技術(shù)手段，使重要建筑在強(qiáng)震之后，無(wú)需或稍加修復(fù)即可恢復(fù)使用，保障社會(huì)主體功能的不中斷；而對(duì)于量大面廣的一般性建筑，則不可忽略經(jīng)濟(jì)因素而盲目推廣先進(jìn)的結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)，應(yīng)探索更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用的抗倒塌措施。在 RC 框架結(jié)構(gòu)中增設(shè)翼墻的抗震加固方法布置靈活，施工方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性，但深入的理論研究卻滯后于實(shí)際工程應(yīng)用。為此，本文通過一個(gè)增設(shè)翼墻的框架結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，對(duì)該類抗震加固方法的抗震性能進(jìn)行詳細(xì)研究，為工程應(yīng)用提供理論和技術(shù)支撐。

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第二章 RC 框架結(jié)構(gòu)震害特征分析

2.1 RC 框架結(jié)構(gòu)典型震害特點(diǎn)

在整體結(jié)構(gòu)失效模式上，大量出現(xiàn)由柱鉸機(jī)制導(dǎo)致的層屈服破壞模式。大量出現(xiàn)底層坍塌或底部幾層倒塌，少部分結(jié)構(gòu)中間出現(xiàn)薄弱層破壞，在極高烈度區(qū)也出現(xiàn)大量結(jié)構(gòu)完全倒塌的情況，如圖 2-6 所示。結(jié)構(gòu)中間層出現(xiàn)薄弱層破壞，多是由于結(jié)構(gòu)豎向剛度在相應(yīng)樓層出現(xiàn)突變，如圖 2-6b 中結(jié)構(gòu)底層設(shè)置了抗震墻，結(jié)果二層成為薄弱層。在日本 1995 年阪神 7.2 級(jí)地震中，出現(xiàn)很多軟弱中間層震害。造成中間層倒塌的原因主要有兩方面：一是日本舊的建筑法規(guī)（1981 年以前版本）假定結(jié)構(gòu)地震作用沿各樓層均勻分布，而非倒三角形分布，導(dǎo)致中間層設(shè)計(jì)剪力偏小。另外日本當(dāng)時(shí)的常見工程做法是對(duì)于 7 層以上框架房屋，其下部幾層采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，上部樓層采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層出現(xiàn)大量嚴(yán)重破壞。在我國(guó)汶川地震中，底層薄弱的層屈服破壞模式非常突出，大量框架結(jié)構(gòu)底部出現(xiàn)嚴(yán)重破壞或倒塌，而上部各層破壞相對(duì)輕微很多。

2.2 RC 框架結(jié)構(gòu)典型震害案例剖析

本文中第三章振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)倒塌機(jī)理研究選取的震害原型為漩口中學(xué)中的 RC框架教學(xué)樓。漩口中學(xué)位于汶川地震兩個(gè)極震區(qū)之一的汶川縣映秀鎮(zhèn)，地震烈度達(dá)到 XI 度。汶川地震中臥龍臺(tái)站采集到的強(qiáng)震記錄加速度峰值東西向約為 1.0g，南北向約為 0.65g，可見漩口中學(xué)所在的震中地區(qū)地震峰值將可能超過 1.0g。課題組按照震害調(diào)查中獲得的該教學(xué)樓設(shè)計(jì)圖紙信息獲得了原型結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)情況。漩口中學(xué)教學(xué)樓建筑 2007 年建成使用，為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架填充墻結(jié)構(gòu)，地上主體為五層，獨(dú)立樁基，底層高 4.05m,上部各層層高為 3.6m，總建筑高度 22.05m，總建筑面積 3618.30m2.結(jié)構(gòu)按照 GB/T 50011-2001 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、03G101-1 圖集以及中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院西南 05G701 圖集（框架輕質(zhì)填充墻構(gòu)造圖集）等規(guī)范設(shè)計(jì)，當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度為 7 度，設(shè)計(jì)地震分組第一組,設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值 0.10g；框架抗震等級(jí)為三級(jí)，抗震設(shè)防類別為丙類；場(chǎng)地類別為 II 類。框架梁、柱及現(xiàn)澆樓板均采用 C30 混凝土，梁柱縱筋鋼筋采用II 級(jí)鋼筋 HRB335，樓板及箍筋鋼筋采用 I 級(jí)鋼筋 HPB235。關(guān)于原型構(gòu)造設(shè)置詳見本文第三章模型制作中介紹。

第三章 漩口中學(xué)教學(xué)樓模型地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)...........33

3.1 引言.............. 33

3.2 模型設(shè)計(jì)................ 33

3.3 模型材料性能試驗(yàn)........ 37

3.4 模型施工過程................... 41

3.5 漩口中學(xué)模型試驗(yàn)相似設(shè)計(jì).................... 44

3.6 漩口中學(xué)模型地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)方案............. 46

第四章 學(xué)校多層 RC 框架結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)倒塌試驗(yàn)研究...........83

4.1 引言.................... 83
4.2 學(xué)校多層 RC 框架結(jié)構(gòu)倒塌試驗(yàn)設(shè)計(jì)..............83
4.3 模型破壞發(fā)展及倒塌過程.................... 84
4.4 漩口中學(xué)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷顾鷻C(jī)理分析.............. 93
4.5 試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c原型結(jié)構(gòu)倒塌模式對(duì)比. 96
4.6 填充墻對(duì) RC 框架破壞模式的影響............99
4.7 本章小結(jié)............... 103
第五章 翼墻加固 RC 框架結(jié)構(gòu)體系..............105
5.1 引言................ 105
5.2 翼墻加固 RC 框架結(jié)構(gòu)體系概念...............105
5.3 翼墻加固 RC 框架結(jié)構(gòu)體系的抗震機(jī)制..............107

第六章 翼墻加固 RC 框架結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究

6.1 引言

在 RC 框架結(jié)構(gòu)中增設(shè)翼墻的抗震加固方法，施工方便而受到廣泛應(yīng)用。在對(duì)汶川地震老北川縣城（地震烈度 XI 度區(qū)）的震害調(diào)查中顯示，北川鹽務(wù)局宿舍樓作為強(qiáng)震中表現(xiàn)較好的底框結(jié)構(gòu)，其底層框架采用了增設(shè)翼墻的抗震措施，損傷分布均勻，且形成梁鉸破壞模式。而前文研究的倒塌結(jié)構(gòu)的破壞模式則為底層薄弱，因柱失效而倒塌，翼墻-框架結(jié)構(gòu)體系將為其抗倒塌提供應(yīng)對(duì)措施。加設(shè)翼墻屬于結(jié)構(gòu)體系上的改變，對(duì)翼墻加固 RC 框架結(jié)構(gòu)體系的抗震性能的研究卻相對(duì)較少[10]。本文第五章對(duì)翼墻加固 RC 框架體系基本概念、設(shè)計(jì)目的進(jìn)行了概括并對(duì)北川鹽務(wù)局宿舍樓結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，在此基礎(chǔ)上參照北川鹽務(wù)局底層框架設(shè)計(jì)了一個(gè)縮尺比為 1:4 的翼墻加固框架結(jié)構(gòu)模型。進(jìn)行了地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證翼墻加固 RC 框架體系在大震作用下的抗震效果，深入研究新形成的翼墻加固 RC 框架結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力反應(yīng)、抗震機(jī)理、破壞模式等，分析增設(shè)翼墻對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗震性能的改善作用。

6.2 模型配筋及平立面設(shè)計(jì)

試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵员贝}務(wù)局 7 層宿舍樓的底層作為設(shè)計(jì)參考原型，設(shè)計(jì)了翼墻框架結(jié)構(gòu)模型。為排除模型受到雙向地震作用破壞的其他復(fù)雜影響因素，突出考察翼墻對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，試驗(yàn)中擬采用單向地震動(dòng)輸入，因此模型采用單向加翼墻設(shè)計(jì)，模擬原型結(jié)構(gòu)橫向的翼墻設(shè)計(jì)。模型柱網(wǎng)尺寸及配筋參考原型結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)為三榀框架，在中間榀加翼墻。模型平立面圖及配筋如圖 6-1 所示。

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第七章 結(jié)語(yǔ)與展望

實(shí)際震害以大量的樣本為我們提供結(jié)構(gòu)各種破壞及倒塌模式，亦不乏很多具有優(yōu)良抗震性能的榜樣建筑。深度總結(jié)實(shí)際震害經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)其中的典型震害案例進(jìn)行詳細(xì)剖析無(wú)疑是認(rèn)知結(jié)構(gòu)地震倒塌機(jī)理，提高抗倒塌設(shè)計(jì)水平的最有效途徑。本文選取極震區(qū)兩棟典型結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，對(duì)代表一般學(xué)校多層 RC 框架的漩口中學(xué)教學(xué)樓的倒塌過程進(jìn)行再現(xiàn)，剖析其損傷特點(diǎn)和倒塌模式，分析確定了學(xué)校多層 RC 框架結(jié)構(gòu)抗震的薄弱環(huán)節(jié)；以北川鹽務(wù)局宿舍樓結(jié)構(gòu)為原型進(jìn)行了翼墻加固框架結(jié)構(gòu)模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，詳細(xì)分析了增設(shè)翼墻后結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力特性、損傷模式和對(duì)多層 RC 框架結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的提高作用，為量大面廣的普通多層RC 框架結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)提供參考。主要結(jié)論如下：1、根據(jù)詳細(xì)震害調(diào)查分析可初步判斷，漩口中學(xué)校園內(nèi)兩棟結(jié)構(gòu)相同的教學(xué)樓均發(fā)生一致模式的倒塌，而同一校園的其他結(jié)構(gòu)未倒塌并非偶然，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)具有明顯不利于抗震的因素。而北川鹽務(wù)局職工宿舍樓底層框架震害表明該結(jié)構(gòu)所加翼墻充分參與工作，使破壞集中在翼墻和梁，有效地保護(hù)了框架柱，相比周圍大量倒塌框架結(jié)構(gòu)而言抗震能力得到大大提高。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：239583