芦山地震单开间砌体结构房屋震害特征∗

4.20芦山地震灾区临街自建单开间砌体结构房屋震害特别严重,本文基于现场调查研究该类特殊房屋的建造习惯、震害特征与损伤机理,研究表明:单开间砌体房屋是芦山地震灾区等四川小城镇比较常见的临街建筑模式,其平面狭长,建造随意,结构体系不合理,构造措施不到位,抗震能力弱;芦山地震地震烈度8、9度灾区单开间砌体房屋底层纵墙剪切破坏,普遍出现严重的贯通整片墙体的斜裂缝或X形裂缝。底层前部房间横墙无纵向支撑,独立墙段过长,横墙压弯破坏出现贯通整片墙体的水平裂缝,并且墙体外鼓;结构刚度中心与质量中心严重偏离,房屋扭转震动加剧墙体裂缝开展,相邻建筑反复碰撞作用是上部楼层震害的主要原因;鞭梢效应加重突变楼层结构损伤,引起出屋面附属建筑严重破坏甚至倒塌,横墙端部剪切断裂乃至溃散。据此,提出了既有单开间砌体房屋加固工作的建议。     

填充墙对底框结构地震反应的影响

为研究填充墙对底层框架多层砌体房屋地震反应的影响,以典型的填充墙-底层框架多层砌体房屋为基础,建立有限元计算模型并进行了弹塑性动力时程分析。根据不同模型的计算结果以及填充墙的刚度和强度,分析了填充墙对底层框架多层砌体房屋自振周期、地震作用下房屋整体变形、底层框架的损伤以及填充墙与底层框架相互作用的影响。计算结果表明:填充墙对房屋整体地震反应产生明显影响,其影响不能忽略。在上部砌体结构质量和刚度不变的情况下,结构自振周期随着填充墙刚度的增加而降低;随着填充墙与底层框架之间连接作用的增强,结构整体的变形减小,底层框架的损伤增大。当填充墙与底层框架之间采用弱连接时,采用强度较高的填充墙可以提高结构整体的变形能力,从而提高结构整体的抗震能力。     

底部框架砌体结构地震损伤模拟分析

在强烈地震中,大量的底部框架砌体房屋损伤、破坏甚至倒塌,严重威胁着生命财产的安全。在对汶川地震中一栋典型的底部框架砌体结构房屋现场震害调查的基础上,本文采用有限元法分析了其非线性地震反应行为和损伤演化过程,探讨了底部框架结构的地震破坏机理。研究表明:采用精细化有限元建模方法可以比较可靠地模拟结构地震损伤破坏过程。由于填充墙的约束效应,框架柱的实际计算高度减小而成为短柱,地震作用下框架柱在开窗部位发生脆性剪切破坏,是该结构地震破坏的主要原因。抗震设计时宜考虑框架与填充墙的相互作用效应,避免形成短柱破坏。     

多层砌体结构底部加强层概念与抗震设计理论研究

根据砌体房屋震害调研和相关振动台试验现象分析,地震作用下砌体结构的严重破坏、倒塌多集中在底层,底层倒塌后引起上部楼层连续倒塌,现行砌体结构抗震设计方法及理论研究工作均缺乏底部加强层抗震设计概念。为进一步提高多层砌体结构的抗震能力,减小结构底层严重破坏及整体倒塌的风险,参考钢筋混凝土剪力墙结构、配筋砌块砌体抗震墙结构等结构体系的底部加强部位抗震设计理论,提出了多层砌体结构底部加强层概念,从抗震等级划分、底部加强层范围和层高限值、剪力设计值放大、底层轴压比限值、构造柱布置及侧向刚度比控制共6部分对多层砌体结构底部加强层抗震设计概念进行了研究和细化,并通过算例分析验证了兼顾底部加强设计与控制侧向刚度比的可行性。多层砌体结构底部加强层抗震设计理论的提出,对于减轻大震下多层砌体结构底层破坏的严重程度、降低砌体结构整体倒塌风险具有十分重要的理论意义与工程应用价值,研究成果可供砌体结构设计与相关规范修编参考。     

汶川地震砌体结构的震害与改进砌体结构抗震性能的途径和方法

介绍了汶川8级地震中砌体结构房屋的震害情况,归纳分析了砌体结构房屋在地震中的震害特征及其原因,总结出了砌体结构抗震"选材合理、整体设计、注重细节、确保质量"的总体原则,提出了采用"高宽比"来设计窗间墙的宽度、房屋底层中部加设圈梁的建议,讨论了采用隔震技术、墙体开缝耗能、"隐形构造柱"和"捆绑"抗震、设置减震缝及耗能砂浆抗震技术来改进砌体结构抗震性能的新途径和新方法,最后对砌体结构的发展提出了建议。     

RC框架结构地震破坏机理与抗倒塌研究现状与展望∗

多层钢筋混凝土(RC)框架结构地震破坏机理与抗倒塌设计理论一直是地震工程领域的研究热点。聚焦砌体填充墙对结构破坏模式的影响,从地震倒塌机理、结构破坏模式与成因剖析、抗地震倒塌设计理念3个方面对国内外开展的多层RC框架结构抗震研究进行了梳理、总结。结果表明:地震作用下实际工程及实验室模型难以出现设计预期的"强柱弱梁"破坏,设计细节和非结构构件均影响结构的地震破坏模式;改善填充墙与周围框架连接方式、增设翼墙或设置柔性填充墙一般均能保证结构的抗倒塌性能。     

汶川地震中房屋建筑震害特征及抗震设计思考

汶川5·12特大地震造成了为数众多的建筑物不同程度的损坏。地震发生后,四川大学随即组织了现场勘查队奔赴受灾最为严重的地区了解建筑物的受损情况。本文基于大量的现场勘查资料介绍了砌体结构、框架结构、底框或局部底框砌体结构及楼梯间的震害特点。在定性分析的基础上提出以下观点:合理设计和施工的砌体结构有可能获得良好的抗震性能;按现行规范设计的钢筋混凝土框架结构难以实现"强柱弱梁"的要求;填充墙对框架抗震性能有显著的影响;在地震区应慎用底框砌体结构;合理的结构布置和施工质量是结构获得良好抗震性能的前提;仅用延性系数来衡量结构抗震性能具有一定的片面性;楼梯间结构设计宜考虑地震作用的影响。     

HFMRPC加固不同高宽比砌体窗间墙抗震性能试验研究∗

目前广大农村地区拥有大量不符合抗震要求的砌体结构房屋,因此,针对老旧砌体结构房屋进行加固是一门值得研究的课题。为了研究混杂纤维改良活性粉末混凝土（HFMRPC）加固不同高宽比砌体窗间墙的抗震性能,对 1 面作为对照组的未加固砌体墙和 3 面不同高宽比的面层加固砌体墙进行了低周往复荷载试验。对比分析了 4 面墙体的破坏模式、滞回曲线和骨架曲线等抗震性能指标。试验结果表明：HFMRPC 面层加固能够有效提高墙体的承载能力,峰值荷载提高约 42%;HFMRPC 面层对砌体窗间墙具有良好的约束作用,能够有效提升墙体的延性,延性系数提升约 199%;HFMRPC 面层加固后墙体耗能能力显著提升,累积耗能约提升 98%;高宽比是影响墙体破坏模式的重要因素,随着高宽比的减小,砌体墙的承载能力提高,试件的破坏模式趋向于脆性破坏,相反随着高宽比的增大,砌体墙的耗能能力提高,试件趋向于延性破坏。根据试验结果进行了墙体抗剪、抗弯承载力计算分析,并提出了适用于 HFMRPC 面层加固的抗剪承载力计算公式,可为实际工程应用提供理论基础。     

玉树7.1级地震学校建筑震害分析

2010年4月14日青海省玉树县发生了Ms7.1级地震,造成了大量学校建筑的严重破坏甚至倒塌。通过对玉树地震学校建筑震害的调研,进行了不同类别建筑结构震害指数与破坏机理的研究。研究结果表明,震害指数由低到高的结构依次为混凝土框架结构、实心砖混结构、砖木结构、空心砖混结构和土木结构。混凝土框架结构要严格按照强柱弱梁的抗震概念进行设计,加强填充墙与框架柱的连接;实心砖混结构、空心砖混结构应设置构造柱、圈梁、预制楼板拉结筋,增强房屋抗倒塌能力;空心砖混结构还要在砌块内腔配置足量的钢筋,提高砂浆强度;土木结构、砖木结构应从建筑材料、构造措施等方面予以加强。要研究适合当地特色的新型结构抗震体系,提高结构的抗震性能。     

芦山地震建筑震害统计分析

芦山地震后,中国住房与城乡建设部和中国地震局联合组织成立专家组,对雅安市重要的公共建筑及部分民居开展了应急评估工作,对574栋应急评估建筑的震害进行了统计分析。总结分析了砖木结构、砌体结构和框架结构的震害特征,得到了不同年代建筑的破坏比及各类结构在不同烈度下的破坏比和中小学建筑破坏比。分析表明:经过抗震设计的房屋的抗震性能明显优于非抗震设计房屋;钢筋混凝土框架结构的抗震性能优于砌体结构,进而优于砖木结构。中小学房屋的抗震性能较好,优于建筑平均水平;农村自建老旧房屋是抗震薄弱环节。采用隔振技术的建筑具有较好的抗震性能。     

采用预制RC墙片双面加固的砌体墙片试验研究

以校舍建筑及多层办公建筑等采用大开间带洞口的砌体结构为研究对象,研究了基于装配式技术的砌体结构加固方法。为了降低现场的施工量,加快加固工程进度,采用预制钢筋混凝土墙片对原有砌体墙片进行双面外贴加固,并用销键、灌浆、后浇带等连接方式保证砌体墙片与预制钢筋混凝土墙板的协同工作。为了研究加固后砌体结构的抗震性能,进行了纵墙、加固纵墙、带构造柱纵墙和加固带构造柱纵墙模型的对比试验,分析了各试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标。结果表明:3种连接方式可有效保证预制钢筋混凝土墙板与砖墙的连接,使其具有良好的共同工作性能,采用预制钢筋混凝土贴墙墙板的加固方案可以显著提高砌体结构的抗震性能,强度提高3~5倍,刚度提高4~5倍。     

玻璃珠-石墨基础滑移隔震砌体结构工作性能试验研究

为发展村镇地区低层砌体房屋的低成本隔震技术,提出了一种玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统,该隔震系统由上下基础梁、玻璃珠-石墨滑移隔震层、上下基础梁间限位装置构成,根据受力需要,可在上下基础梁间设置砂浆棒,以实现对不同烈度区基础滑移启动荷载的有效控制。进行了4个不同构造的玻璃珠-石墨基础滑移隔震砌体墙试件的低周反复荷载试验,基于试验,分析了玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统的工作性能、砂浆棒控制作用、墙体滑移滞回性能、限位装置工作性能、墙体承载力和破坏特征。研究表明:玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统工作性能良好,能显著减小上部砌体结构所受的地震作用;在隔震系统中加入砂浆棒提高了隔震系统的滑移启动荷载,实现了对滑移启动荷载的有效控制;限位装置可有效地限制滑动位移,同时在大震下限位钢杆有足够的强度,防止上部结构位移过大;达到极限滑动位移后,随着低周反复荷载的继续施加,试件墙体的损伤破坏过程及破坏形态与抗震墙体类似。玻璃珠-石墨基础滑移隔震砌体结构,适于村镇低层房屋隔震设计。     

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。     

考虑墙-框连接方式影响的填充墙框架结构抗震性能分析

在结构设计中,填充墙通常被当作非结构构件,不参与结构抗震计算。在实际地震作用下,填充墙和框架成为整体,共同抵抗地震作用,合适的墙-框连接方式可以减轻二者的相互作用,从而提高结构整体抗震性能。首先,运用ABAQUS软件对前人已开展的考虑墙-框不同连接方式的框架结构拟静力试验进行数值模拟,验证了所建立的有限元模型的可靠性。然后,基于某典型框架结构,建立三种墙-框连接方式的框架结构有限元模型并进行分析。模态分析表明,墙-框连接方式对框架结构的振型及周期影响较小,结构动力特性趋于一致。通过多遇地震和罕遇地震下的弹塑性时程分析,对比分析各结构的加速度反应、位移反应、滞回耗能及构件震害特征等可知,合理的墙-框连接方式可以提高结构抗震性能。针对本文框架结构工程实例,采用墙-框脱开密封材料封缝,构造柱加水平系梁的连接方式时其抗震性较好。     

考虑经验结构信息的RC框架剪切层模型建立方法∗

提出一种基于经验结构信息的 RC 框架剪切层模型建立方法,用于区域 RC 框架结构的地震损失快速评估。 针对 RC 框架结构确定结构构件尺寸和材料参数等基本设计参数及其经验取值范围,通过拉丁超立方体抽样方法考虑这些参数的随机组合与参数值的不确定性,生成框架结构的随机样本;在 RC 框架整体结构层面将框架层结构随机样本转化为多自由度集中质量剪切层模型,再通过非线性动力分析得到结构地震响应数据;综合分析国内外规范对于结构损伤状态的定义与量化方法,结合地震响应数据对框架结构的地震损失进行评估。结果表明：①考虑结构设计参数经验取值建立的层结构模型,满足抗震设计规范要求,且符合实际结构特征,能够用于典型框架结构的快速建模;②在不同强度的地震激励下,框架结构模型的地震损失规律与震害经验基本一致,表明本文所提建模方法具有较高的模拟准确性。     

震后火作用下钢筋混凝土框架基于火灾荷载密度的易损性分析

针对钢筋混凝土框架的地震易损性分析已经较为成熟,但其震后火次生灾害作用下的易损性分析还尚未深入。采用ABAQUS软件分别建立3层和9层的钢筋混凝土框架有限元模型,选取火灾荷载密度(fire load density, FLD)作为火灾强度指标,对历经地震后损伤的混凝土框架结构进行火灾易损性分析。结果表明：随着地震动强度和火灾荷载密度的增大,钢筋混凝土框架的失效概率呈非线性增长;在相同火灾荷载密度下,历经多遇、设防、罕遇地震损伤后,9层钢筋混凝土框架发生不同程度破坏的超越概率高于3层钢筋混凝土框架;相对于顶层和中层受火,混凝土框架底层受火时发生不同破坏的超越概率相对较大,发生火灾的楼层越高,结构发生不同破坏的超越概率相对越小,可为钢筋混凝土框架的性能化抗火设计与评估提供研究参考。     

多层砌体房屋震害预测分析

对目前我国房屋建筑中一种最为广泛应用的结构形式房屋——多层砌体房屋进行震害预测分析研究,简要介绍六种常用的多层砌体震害预测方法,易损性概率分析法或称为半经验半理论法、强度判别法、延性系数判别法、模糊类比法、人工神经网络法和结构理论计算法,在详细调查房屋基本情况的基础上,综合考虑以上几种方法,提出相应的震害预测的分析方法。对郑东新区砌体房屋进行震害预测,做出该地区的震害矩阵,并给出该地区砌体房屋在地震作用下的破坏程度及相应震害面积。     

砌体与HPFL组合圈梁构造柱房屋结构抗震试验研究

设置构造柱和圈梁是提高砌体结构房屋抗震能力的有效措施。针对传统砖混房屋R.C.圈梁、构造柱的复杂工艺,提出了HPFL与砖砌体形成组合圈梁构造柱的简易形式。通过HPFL窄条带组合砖圈梁构造柱的足尺寸模型震动台试验,观测、分析HPFL窄条带组合砖圈梁构造柱结构的抗震能力。试验结果表明:HPFL窄条带组合砖圈梁构造柱的抗震效果较好,既可以对已有砌体房屋进行加固,也适用于新建砌体房屋,可代替传统的圈梁构造柱。根据试验结果和理论分析,将砌体结构所受的地震作用分成墙体及框架结构两部分计算,提出了HPFL窄条带抗震计算公式,可供工程结构设计参考使用。     

泸定6.8级地震农村居住建筑震害调查与分析∗

2022 年 9 月 5 日,四川省泸定县发生了 6.8 级地震,对泸定、石棉、汉源等地区的农村建筑造成严重影响。为了分析农村建筑的震害,对评估烈度为Ⅵ~Ⅸ度区域 12 个乡镇 35 个地点的农村建筑进行了现场调查,总结了砖砌体结构、木结构、石结构和生土结构的典型震害特征,并对 4 种结构的震害等级进行了统计和分析。结果表明：砖砌体结构房屋的严重破坏及倒塌占比为 4.2% 和 3.3%,且与构造措施有很大关系,未经正规设计且缺乏构造措施的砌体结构出现屋面破坏、局部甚至整体倒塌,但设有构造措施的砌体结构房屋保存较好;木结构建筑整体受损较轻,但由于本次泸定地震的竖向作用强烈,木屋盖破坏较为严重;石砌体结构和生土结构房屋,发生严重破坏和倒塌的比例较高,严重破坏占比分别为 7.2% 和 5.1%,倒塌占比分别为 10% 和 7%,破坏最为严重。山体滑坡、落石等次生灾害对建筑造成不同程度的损坏,是此次泸定地震的特征之一。针对此次泸定地震的破坏特征,建议农村建筑落实抗震措施,引入适用的新工艺;灾后恢复过程中,以房屋震损程度评估为基础,重建与加固相结合;同时,建议注重农村规划、选址的研究,降低地震次生灾害破坏;应当进行抗震科普宣传,加强农村工匠培训。     

江西典型村镇既有房屋抗震性能分析

为进一步掌握江西村镇既有房屋的抗震能力现状,基于已有抗震调查资料及初步分析结果,以3栋典型房屋为例,开展了弹塑性有限元分析。针对1栋现存的2005年九江-瑞昌地震中受损的典型砌体结构,分析其震害特点,并对其进行弹塑性有限元分析,通过与实际震害对比,验证了有限元模型的有效性,并对早期江西村镇房屋的抗震性能进行了论述。在此基础上,对该结构增设圈梁构造柱以及改变砂浆强度,分析其对砌体结构抗震性能的影响;分别选取1栋江西典型村镇砌体结构和框架结构,进一步开展有限元分析,并结合调查数据及震害预测结果,对江西村镇既有房屋的抗震性能进行了分析。结果表明:2005年九江-瑞昌地震后江西村镇房屋的抗震性能有所提高,所调查的江西村镇既有房屋基本满足当地的抗震设防要求;增设圈梁、构造柱及适当提高砂浆强度可有效增强砌体结构的抗震性能。