1緒論

1.1研究背景及意義
我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家,每一次地震都會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡。2008年漢川強(qiáng)震,給汶川及周邊地區(qū)帶來(lái)了巨大的災(zāi)難,城鄉(xiāng)民居大量損毀,北川縣城、泣川縣映秀鎮(zhèn)等部分城鎮(zhèn)和大量村莊幾乎被夷為平地。隨后,2010年青海玉樹(shù)地震,倒塌的房屋中有85%以上是依山而建的土木房屋。2013年4月四川雅安地震,這是自泣川地震之后發(fā)生在該地區(qū)又一次強(qiáng)烈地震,造成了近100萬(wàn)間房屋損壞,其中倒塌5萬(wàn)余間,由于震區(qū)農(nóng)居以磚木和磚混結(jié)構(gòu)為主,毀壞情況十分嚴(yán)重,見(jiàn)圖1。2013年7月22日,甘肅眠縣漳縣交界發(fā)生6.6級(jí)地震,損壞房屋30萬(wàn)間左右,其中倒塌房屋5萬(wàn)余間,絕大部分為土還房,這也是本次地震造成人員傷亡的最主要成因。由以上近年來(lái)頻繁發(fā)生的幾次強(qiáng)破壞性地震所造成的災(zāi)難不難發(fā)現(xiàn),農(nóng)村地區(qū)已經(jīng)成為了每次地震的重災(zāi)區(qū)[14],因此,調(diào)查了解農(nóng)村民居的地震安全現(xiàn)狀及加強(qiáng)其抗震性能已經(jīng)是防震減災(zāi)工作的重中之重。在漢川強(qiáng)震后,國(guó)家推行了一系列政策來(lái)提高房屋的抗震性能,如修訂《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》,但農(nóng)村地區(qū)的房屋基本上均為自行建造,未經(jīng)正規(guī)設(shè)計(jì)與施工,因而農(nóng)村民居的抗震現(xiàn)狀并沒(méi)有得到明顯改觀�！秶�(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)防震減災(zāi)工作的意見(jiàn)》(國(guó)發(fā)[2010] 18號(hào))也做出明確要求:“全面加強(qiáng)農(nóng)村防震保安工作,加強(qiáng)對(duì)農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施、公共設(shè)施和農(nóng)民自建房抗震設(shè)防的指導(dǎo)管理”,但長(zhǎng)期以來(lái),由于農(nóng)村地區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)淡薄,社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較低,且國(guó)家一直沒(méi)有規(guī)范管理農(nóng)村民居的建筑市場(chǎng)及其工程質(zhì)量,因而這一政策的實(shí)施困難重重,總體而言,農(nóng)村民居仍基本上仍處于不設(shè)防狀態(tài)[5_6],可見(jiàn)提高農(nóng)居地震安全性能已成為迫在眉睫的任務(wù)。
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1.2研究現(xiàn)狀
我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)農(nóng)村人口達(dá)8億人之多,占我國(guó)總?cè)丝跀?shù)量的63%,而這些人中絕大部分都居住在農(nóng)村。近年來(lái)的歷次大地震均造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,特別是在廣大農(nóng)村地區(qū),總是歷次地震的重災(zāi)區(qū)。究其原因,我國(guó)農(nóng)居絕大部分為自建房,沒(méi)有經(jīng)過(guò)正規(guī)的設(shè)計(jì)和施工,房屋的地震安全性能得不到保證,且我國(guó)現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范如《砲體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50003-2011)及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)等,并未對(duì)農(nóng)村地區(qū)的低層砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范和相應(yīng)實(shí)施要求。因此,調(diào)研農(nóng)居的地震安全性能現(xiàn)狀及改善或提高其抗震性能已成為當(dāng)前迫切的任務(wù)和研宄熱點(diǎn)。葛學(xué)禮等分析了我國(guó)村鎮(zhèn)建筑的主要結(jié)構(gòu)類(lèi)型、破壞類(lèi)型及原因,提出了提高村鎮(zhèn)建筑抗震性能的原則、目標(biāo)和技術(shù)措施。吳華偉等對(duì)村鎮(zhèn)木結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行了擬靜力實(shí)驗(yàn)研宄和有限元分析,指出合理設(shè)計(jì)的木結(jié)構(gòu)房屋具有較好的抗震性能。王瑾對(duì)1/4縮尺的石木結(jié)構(gòu)房屋模型進(jìn)行了模擬地震的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研宄和有限元分析,根據(jù)研宄分析結(jié)果給出了提高該類(lèi)房屋抗震性能的抗震設(shè)計(jì)建議。杜永峰等分析了農(nóng)村住房的主要結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)和震害特點(diǎn),指出了當(dāng)前村鎮(zhèn)建設(shè)抗震設(shè)防中存在的問(wèn)題及具體表現(xiàn);給出了適于西部地區(qū)的村鎮(zhèn)建筑關(guān)于節(jié)能和抗震的建議。
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2郊廬斷裂帶安徽區(qū)段農(nóng)居抗震性能調(diào)查

2.1調(diào)查背景及意義
鄰廬斷裂帶是我國(guó)內(nèi)陸眾多斷裂帶中的一條主干斷裂帶,該斷裂帶北起黑龍江,橫跨吉林、山東、江蘇、安徽幾省,延長(zhǎng)達(dá)2400多公里。據(jù)統(tǒng)計(jì)研究,該斷裂帶歷史上發(fā)生過(guò)M6.0級(jí)以上地震就有17次之多,其中最著名的山東郯城M8.5級(jí)大地震,地震在全國(guó)范圍內(nèi)造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,其影響范圍波及了大半個(gè)中國(guó)。該斷裂帶的中南區(qū)段途徑安徽省的宿松、潛山、廬江、嘉山等地斜貫穿了整個(gè)安徽省,如圖3,而在郯廬斷裂帶的安徽區(qū)段及其附近地區(qū),近年來(lái)呈現(xiàn)出小震不斷的趨勢(shì),引起了一定程度的社會(huì)恐慌,未來(lái)是否會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈破壞地震備受研宄人員關(guān)注,可即便只是小震,由于農(nóng)村民居的抗震能力極差,已造成多次“小震致災(zāi)”甚至“小震大災(zāi)” [23]。如2005年11月26日,位于江西省北部與安徽安慶地區(qū)接壤的九江縣發(fā)生5.7級(jí)地震,這次地震造成了近2萬(wàn)間房屋的完全倒塌,15萬(wàn)多間房屋損壞;2011年1月19日安慶市轄區(qū)又發(fā)生4.8級(jí)地震,給當(dāng)?shù)剞r(nóng)村的民居造成重大破壞;2014年4月20日,在安徽省霍山縣發(fā)生4.3級(jí)地震,震中烈度雖僅5度,卻造成了近150戶(hù)房屋受損,其中超過(guò)85%為民房。
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2.2調(diào)查方案
本次調(diào)查的區(qū)域是鄰廬斷裂帶安徽區(qū)段及近期地震活動(dòng)頻繁的周邊地區(qū),其中將部分設(shè)防烈度在7度(O.lg)及以上的高烈度地區(qū)和受地震影響顯著的地區(qū)作為重點(diǎn)調(diào)查地區(qū),包括泗縣、五河縣、定遠(yuǎn)縣、廬江縣等7個(gè)縣,另將該區(qū)域上的靈璧縣、固鎮(zhèn)縣等11個(gè)縣(市)作為一般調(diào)查地區(qū)(圖4)。調(diào)查方式有問(wèn)卷調(diào)查和實(shí)地調(diào)查兩種形式。問(wèn)卷調(diào)查主要是從學(xué)院抽選調(diào)查區(qū)域的學(xué)生利用假期在家鄉(xiāng)進(jìn)行,這種方式大大提高了調(diào)查區(qū)域的覆蓋面,使調(diào)查結(jié)果更具有普遍性。問(wèn)卷調(diào)查表共發(fā)出750份(重點(diǎn)地區(qū)420份,一般地區(qū)330份),有效收回682份,有效率為90.93% (重點(diǎn)地區(qū)收回394份,有效率93.81%;一般地區(qū)收回288份,有效率87.27%)。實(shí)地調(diào)查則由課題組成員進(jìn)入重點(diǎn)調(diào)查地區(qū),調(diào)査對(duì)象包括既有民居和在建農(nóng)居,共計(jì)調(diào)查了 556戶(hù),通過(guò)查、看、量、問(wèn)等多種方式對(duì)農(nóng)居的場(chǎng)地情況、建筑結(jié)構(gòu)情況、施工情況、建造年代與成本及防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)等方面展開(kāi)了調(diào)查,以分析并評(píng)價(jià)該區(qū)域上農(nóng)居的抗震性能。兩種調(diào)査方式的范圍基本涵蓋了鄰廬斷裂帶安徽區(qū)段上的所有縣(市),進(jìn)而保證了調(diào)查數(shù)據(jù)的有效性與及評(píng)價(jià)結(jié)論的客觀性。
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3農(nóng)居砌體結(jié)構(gòu)的主要震害形式......20
3.1砌體結(jié)構(gòu)的主要震害形式......20
3.2砌體結(jié)構(gòu)震害的主要原因......25
3.3 本章小結(jié)......26
4農(nóng)居有限元模性的建立及動(dòng)力特性分析......27
4.1 農(nóng)居模型的選擇......27
4.2有限元軟件的選取......28
4.3ABAQUS軟件及砌體結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)介......28
4.3.1ABAQUS 簡(jiǎn)介......28
4.3.2ABAQUS砌體結(jié)構(gòu)有限元模型......29
4.4ABAQUS材料模型及相關(guān)參數(shù)的確定......30
4.5有限元模型的建立......37
4.6模態(tài)分析......39
4.7 本章小結(jié)..................42
5地震作用下砌體結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析......44
5.1 地震波的選擇......44
5.2結(jié)構(gòu)破壞形態(tài)分析......46
5.3 結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)分析......54
5.4結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)價(jià).......56
5.5本章小結(jié)......57

5地震作用下砌體結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析

本章在前文建立的四種不同抗震構(gòu)造措施的農(nóng)居砲體結(jié)構(gòu)模型模態(tài)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上,又對(duì)這四種結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析,得到各模型在不同地震波作用下的破壞形態(tài)及位移響應(yīng)結(jié)果,對(duì)結(jié)果進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析,驗(yàn)證了抗震構(gòu)造措施對(duì)于農(nóng)居抗震性能的具體作用,并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)各模型進(jìn)行了抗震性能評(píng)價(jià),以此評(píng)估鄰廬斷裂帶安徽區(qū)段農(nóng)居的抗震性能。

5.1地震波的選擇

地震動(dòng)是一種隨機(jī)性較大的振動(dòng),結(jié)構(gòu)在不同地震波作用下的響應(yīng)往往有較大差異,地震波選取是影響結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析響應(yīng)的關(guān)鍵因素。關(guān)于地震的選擇,根據(jù)我國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010) [49]相關(guān)說(shuō)明:“采用時(shí)程分析法時(shí),應(yīng)按建筑場(chǎng)地類(lèi)別和設(shè)計(jì)地震分組選用實(shí)際強(qiáng)震記錄和人工模擬的加速度時(shí)程曲線,其中實(shí)際強(qiáng)震記錄的數(shù)量不應(yīng)少于總數(shù)的2/3�！边x擇地震加速度時(shí)程曲線,需要考慮地震動(dòng)頻譜特性、地震動(dòng)有效峰值及地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間三個(gè)方面的因素,其中地震動(dòng)的頻譜特性一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)所在場(chǎng)地條件及設(shè)計(jì)地震分組確定,地震動(dòng)峰值主要根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)中表5.1.2.2-1所列的地震加速度最大值確定,地震動(dòng)的持續(xù)時(shí)間通常需要保證結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的位移可按基本周期往復(fù)5-10次,也就是說(shuō)地震動(dòng)的持續(xù)時(shí)間通常取結(jié)構(gòu)基本周期的5-10 倍�？紤]到本文模擬的是鄰廬斷裂帶安徽區(qū)段農(nóng)居砲體結(jié)構(gòu)的抗震性能,該地區(qū)的抗震設(shè)防以7度(O.lg)為主,場(chǎng)地條件以II類(lèi)較為普遍,因此本文模擬的所有結(jié)構(gòu)場(chǎng)地確定為II類(lèi),抗震設(shè)防烈度為7度,地震設(shè)計(jì)分組為第一組。根據(jù)以上條件,本文選擇了 EL-Centro地震波、Kobe地震波和一條人工波進(jìn)行結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的動(dòng)力時(shí)程分析,并按照相關(guān)要求對(duì)三條地震波進(jìn)行調(diào)幅,使地震動(dòng)峰值達(dá)到罕遇地震要求,調(diào)幅后的地震加速度時(shí)程曲線見(jiàn)圖36-圖38,輸入地震動(dòng)的持續(xù)時(shí)間取20s。

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結(jié)論

我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家,每一次地震都會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡,而歷次地震中,損壞及倒塌的房屋絕大部分為農(nóng)村民房,這也是地震中人員傷亡的主要成因。如2008年汶川強(qiáng)震、2010年玉樹(shù)地震、2013年雅安地震、2014年魯?shù)榈卣鸬?由以上近年來(lái)頻繁發(fā)生的強(qiáng)震不難發(fā)現(xiàn),農(nóng)村地區(qū)已成為我國(guó)歷次地震的重災(zāi)區(qū),因此,調(diào)查了解農(nóng)村民居的地震安全現(xiàn)狀及加強(qiáng)其抗震性能是防震減災(zāi)工作的重中之重。湖北、江蘇、福建、云南等多省均已在全省展開(kāi)了農(nóng)居抗震性能的調(diào)查研究,而安徽省位于華東腹地,郯廬斷裂帶斜貫穿全省,近幾年又頻發(fā)小震,但在全省范圍內(nèi)大規(guī)模的調(diào)查農(nóng)居抗震性能的研究并不多。本文在安徽省高等學(xué)校優(yōu)秀青年人才基金重點(diǎn)項(xiàng)目“郯廬斷裂帶安徽區(qū)段農(nóng)居的地震安全性能研宄”的資助下,在郯廬斷裂帶安徽區(qū)段及周邊地區(qū)展開(kāi)大規(guī)模調(diào)查,根據(jù)調(diào)查結(jié)果給出了該地區(qū)農(nóng)居抗震性能現(xiàn)狀及相關(guān)建議;根據(jù)調(diào)查建立了該區(qū)域的農(nóng)居典型砌體結(jié)構(gòu)方案,釆用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行了數(shù)值仿真分析與彈塑性動(dòng)力分析,得到不同抗震構(gòu)造措施的砌體結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞情況,以此來(lái)分析本地區(qū)農(nóng)居的抗震性能,通過(guò)調(diào)查及相關(guān)計(jì)算分析,本文得到以下結(jié)論:
(1)通過(guò)對(duì)郯廬斷裂帶安徽區(qū)段及周邊地區(qū)農(nóng)居現(xiàn)狀的調(diào)査研宄發(fā)現(xiàn),該地區(qū)農(nóng)居結(jié)構(gòu)形式主要以磚砌體結(jié)構(gòu)為主,很少采用圈梁構(gòu)造柱等抗震構(gòu)造措施,且該地區(qū)農(nóng)居的建造多為工匠自行設(shè)計(jì)建造,極少經(jīng)過(guò)正規(guī)設(shè)計(jì),施工工藝落后,建筑材料多為地方作坊生產(chǎn),材料強(qiáng)度得不到保證,由于農(nóng)村地區(qū)抗震意識(shí)淡薄,農(nóng)居建造時(shí)極少考慮房屋的抗震,更多的考慮房屋的美觀及使用功能,導(dǎo)致墻體門(mén)窗洞口過(guò)多過(guò)大,結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則,這些現(xiàn)象對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震極為不利,使得該地區(qū)農(nóng)居的抗震性能普遍較差。
(2)本文通過(guò)利用有限元軟件ABAQUS對(duì)采取不同抗震構(gòu)造措施的四種農(nóng)居砌體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行模態(tài)分析,通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知,構(gòu)造柱對(duì)結(jié)構(gòu)周期影響較大,圈梁的影響較小,且計(jì)算結(jié)果與工程經(jīng)驗(yàn)相符,說(shuō)明有限元軟件ABAQUS建立的結(jié)構(gòu)模型可以較好的模擬實(shí)際結(jié)構(gòu),且計(jì)算結(jié)果比較真實(shí)。
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參考文獻(xiàn)(略)

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本文編號(hào)：37521