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。     

框架结构“强梁弱柱”问题研究

分析了"汶川地震"中钢筋混凝土框架结构的主要震害,着重研究了"强梁弱柱"这一破坏现象,并对比分析了现行抗震规范及其报批稿中关于"强柱弱梁"的设计条款,结合某框架结构教学楼,分析其在两本规范不同设计条款下的承载力,以及由此带来的经济性方面的影响。结果表明:填充墙等非结构构件的影响、楼板对框架梁承载力和刚度的增大作用以及柱轴压比偏小是结构破坏的主要原因。规范报批稿调整了柱端弯矩和剪力增大系数,较大地提高了柱的承载能力,其中抗弯承载力增加10.8%~33.1%,尤其顶层框架柱的承载力较现行规范增加33%之多,但柱的抗剪承载力提高较低,增加11.1%~19.3%。依据送审稿设计的结构,柱的钢筋用量增加64.1%,整个费用增加低于19.9%,基本在我国经济发展水平之内。     

楼板对钢筋混凝土框架结构受力性能影响

汶川8级地震震害调查发现,这次地震中现浇钢筋混凝土框架结构多发生"强梁弱柱"型破坏,这与规范中"强柱弱梁"抗震设计原则相悖。为探究其原因,采用ABAQUS软件对钢筋混凝土带楼板框架和空框架结构进行了侧向加载情况的性能分析。通过对比纵向梁端钢筋应力变化和柱端钢筋应力变化,以及分析不同侧向位移对应的楼板钢筋的应力变化情况,指出楼板对梁端抗负弯矩能力的增强有很大贡献。研究了节点类型、楼板钢筋材性、侧向位移、梁高、梁跨和板厚等因素对纵向梁端处楼板有效宽度的影响规律,提出了负弯矩作用下梁端处楼板有效宽度的取值方法。     

关键构件失效后钢骨超高强混凝土框架抗连续倒塌能力分析

基于汶川地震后钢筋混凝土框架震害调查结果,选取首层角柱区域(包括框架柱、与该柱相连的节点)为关键构件,利用有限元分析软件ABAQUS,以抽除点位移、相邻构件轴向荷载为参考数据,对关键构件失效后钢骨超高强混凝土框架抗连续倒塌能力进行分析,讨论了建筑高度、地震波作用方向、有无填充墙、框架柱混凝土强度等级对剩余结构抗连续倒塌能力的影响。结果表明:1随着建筑高度的增加,框架结构抽除点处竖向位移的最大值略下降,首层相邻柱轴向荷载增加明显,框架结构易发生连续倒塌;2框架结构首层角柱区域失效后,Y向地震波作用下剩余结构震荡较大,抗震性能降低,易发生连续倒塌;3设置填充墙的框架结构,抽除点位置处竖向位移较小,结构整体的震荡不大,相邻构件的轴向荷载增长幅度减小,一定程度上提高了框架结构的抗连续倒塌能力;4框架柱使用强度等级较高的混凝土,一定程度上可以减小抽除位置处竖向位移,采用内置钢骨的超高强混凝土柱可提高框架结构抗连续倒塌能力。     

关键构件失效后钢骨超高强混凝土框架抗连续倒塌能力分析北大核心CSCD

基于汶川地震后钢筋混凝土框架震害调查结果,选取首层角柱区域(包括框架柱、与该柱相连的节点)为关键构件,利用有限元分析软件ABAQUS,以抽除点位移、相邻构件轴向荷载为参考数据,对关键构件失效后钢骨超高强混凝土框架抗连续倒塌能力进行分析,讨论了建筑高度、地震波作用方向、有无填充墙、框架柱混凝土强度等级对剩余结构抗连续倒塌能力的影响。结果表明:1随着建筑高度的增加,框架结构抽除点处竖向位移的最大值略下降,首层相邻柱轴向荷载增加明显,框架结构易发生连续倒塌;2框架结构首层角柱区域失效后,Y向地震波作用下剩余结构震荡较大,抗震性能降低,易发生连续倒塌;3设置填充墙的框架结构,抽除点位置处竖向位移较小,结构整体的震荡不大,相邻构件的轴向荷载增长幅度减小,一定程度上提高了框架结构的抗连续倒塌能力;4框架柱使用强度等级较高的混凝土,一定程度上可以减小抽除位置处竖向位移,采用内置钢骨的超高强混凝土柱可提高框架结构抗连续倒塌能力。     

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。     

汶川地震典型民居震害特征分析

汶川"5.12"Ms8.0级特大地震造成了巨大的经济损失和人员伤亡。大量的民居房屋遭到了破坏。针对汶川地震灾区典型民居结构——砖混结构和底框架结构,通过震害描述介绍了其破坏形式,并按构件从基础到屋面依次分析了震害特征及结构破坏机理。最后对民居房屋建筑的建设提出了设计与施工方面的建议。     

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。     

装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构抗震性能研究

将屈曲约束支撑应用于装配式钢筋混凝土柱-钢梁组合框架结构(简称装配式RCS组合框架结构)中,若处理不当将会产生开合效应并导致相邻梁柱破坏。为有效减轻框架开合效应造成的破坏,提出基于梁端铰接的装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构。在保证关键连接节点力学性能的前提下,设计某9层装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构,采用基于OpenSees软件的动力弹塑性时程分析方法研究结构的抗震性能。结果表明,钢梁腹板开洞的装配式RCS节点、装配式混凝土柱-钢梁-屈曲约束支撑组合节点具有高承载、可装配和震后损伤小等特点,装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构满足抗震规范要求,具有优良的抗震性能;梁-梁间的铰接连接不会影响屈曲约束支撑的耗能效果,且可以改变梁柱屈服机制,保证整体结构高效装配的同时减轻结构塑性损伤,有助于实现结构的功能可恢复。     

强震作用下钢筋混凝土框架结构倒塌破坏的三维仿真分析

近年来强烈地震造成的钢筋混凝土框架结构倒塌破坏日益受到关注。本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对强震作用下钢筋混凝土框架结构,从弹性工作阶段到构件开裂直至倒塌破坏的全过程进行了三维非线性仿真分析,仿真结果与真实倒塌过程吻合较好。证明了框架结构底层抗震能力薄弱,由梁柱连接部位的剪切破坏引起的节点区混凝土碎裂是导致结构倒塌的主要原因。同时也说明通过合理选取计算参数和计算模型,可以成功地再现钢筋混凝土框架结构倒塌破坏的全过程,从而发现其在强震作用下的薄弱环节,为揭示框架结构倒塌破坏机理以及提高结构的抗震性能提供理论分析依据。     

近场强震作用下城市桥梁结构灾害评价方法研究

桥梁是城市交通系统中抗震性能最差的节点,一旦遭受地震破坏会影响城市生存功能,可能导致城市局部或整体功能瘫痪,引发或加重次生灾害,降低了地震应急救援和震后恢复的速度和效果,是都市区震害情景构建中重点考虑的关键环节。根据唐山、海城、汶川地震等桥梁震害资料,对桥梁按场地土类型、建筑年代等分类,建立桥梁易损性曲线模型,并提出了适用于城市大量桥梁地震灾害状态快速评价方法,利用该方法评价了潜在近场强地震动作用下太原市区环城高速以内主干道路桥梁的震害。与以往的桥梁易损性模型对比结果表明,所提出的桥梁易损性模型可以更加准确地评价桥梁的震害。该方法可为城市桥梁的震前改造加固、震后快速恢复提供理论依据,也可为震后应急救援决策提供必要的支持。     

预应力自复位钢筋混凝土柱及梁柱节点拟静力试验研究

装配式预应力自复位钢筋混凝土结构在地震后构件无损伤或损伤很小,可尽快恢复使用功能,大大降低震后经济损失,从而得到研究者的广泛关注。在以往的装配式预应力自复位钢筋混凝土结构中,节点上的外置阻尼器多选用小型防屈曲支撑,费用较高。本文提出在柱-基础节点及梁柱节点中,用价格低廉且同样具有较好耗能能力的普通角钢替代作为阻尼器,开展了拟静力试验。以往同类型构件试验仅关注试件在单向荷载作用下的性能,本试验同时研究了构件在阻尼器工作的垂直方向上构件的力学性能。文中共进行了两组试验,一组针对自复位柱-基础节点,研究构件加载方向、轴压比、极限位移等因素对构件性能的影响;另一组针对自复位梁-柱节点,研究柱轴压比、极限位移对构件性能的影响。试验结果表明:加载到最大层间位移角为1/15时,试件无明显破坏,预应力钢绞线保持在弹性阶段,始终能够提供恢复力;外置角钢产生弹塑性变形耗散能量,试件耗能能力较好。卸载后,残余变形很小,可以在震后方便地更换外置角钢。     

江苏农居建筑结构特征及抗震性能分析

开展了江苏农居建筑现场抽样调查及结构特征分析,总结了江苏1970年以来中强有感地震中典型建筑震害特征,并针对江苏现今农居典型结构开展了抗震性能及震害预测分析。结果表明:①江苏农居建筑结构类型以未设防砖混和砖木结构为主,以多层砌体和单层民宅居多。②位于6度区范围,土木结构建筑整体表现为中等—严重破坏,砖木结构建筑整体轻微—中等破坏,砖混结构整体基本完好;位于7度区范围,土木结构建筑整体严重破坏,砖木结构建筑整体中等—严重破坏,砖混结构轻微—中等破坏;位于8~9度区范围,土木和砖木结构建筑整体严重破坏—毁坏,砖混结构建筑整体中等—严重破坏,框架结构建筑整体基本完好或轻微破坏;位于10度区范围,框架结构建筑整体将中等破坏—严重破坏,其他结构建筑整体严重破坏甚至毁坏。③农居自建房时减少楼层层数、增加基本抗震设防措施,能有效减小建筑物整体震害指数。此外,建设和推广具有抗震设防措施的集中住宅区,能有效提高农居建筑整体抗震性能。     

汶川8.0级地震非承重墙体震害调查分析

通过对汶川8.0级地震发生后西安、成都地区(地震烈度为Ⅵ～Ⅶ度区)的高层建筑震害调查,以某小区震后建筑物非承重墙体裂缝为实例,给出了高层建筑震害易发生的部位和楼层,分析了非承重墙体裂缝产生的原因。震害调查表明:汶川地震中,在抗震设防烈度为Ⅵ～Ⅷ度区,当地震烈度为Ⅵ～Ⅶ度时,非承重墙抗震性能的表现不尽如人意。提出了应对非承重墙体制定设防目标,且非承重结构构件的抗震设防目标应与主体结构设防目标相适应,使建筑结构设计,对非承重墙的抗震设防有据可依,使灾后有可能对设计与施工的质量进行评估,通过有区别地加强非承重墙的抗震构造措施,减小建筑物的震害损失。     

汶川地震大型厂房框排架结构震害特征分析

钢筋混凝土框排架结构是我国火电厂主厂房常用的结构型式,结构质量、刚度分布不均匀,其整体抗震性能较差.5.12汶川8.0级地震中,某电厂主厂房遭受较大损害,电厂短期内无法正常发电.针对该主厂房钢筋混凝土框排架结构的震害特征,对震害原因进行了初步分析,由此提出了有关加强主厂房抗震措施的建议,以期提高此类特殊工业厂房的抗震防灾水平,为相关规范的修订提供参考.     

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。     

震损钢筋混凝土框架柱加固修复试验研究

以地震损伤钢筋混凝土框架柱为研究对象,重点研究了损伤、加固后的钢筋混凝土框架柱的抗弯、抗震性能及加固措施。设计并制作了6根钢筋混凝土柱试件。第一步,对原试件进行损伤试验;第二步,对损伤柱试件进行碳纤维加固和钢板加固,试验分析加固试件的抗震性能。考虑了不同轴压比与加固方式等参数的影响,对比研究不同轴压比作用下,采用不同加固方式柱试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能、延性及破坏形态等抗震性能,并对不同加固方案的效果进行分析比较,揭示了不同变化参数对加固后柱的抗震性能等指标的影响规律与程度,为我国建筑抗震设计规范和混凝土结构加固规范的修订提供试验和理论参考。     

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。     

火灾后钢筋混凝土柱外包钢管加固性能——数值模拟

基于ABAQUS软件进行了外包钢管约束加固火灾后钢筋混凝土柱力学性能的数值模拟,分别建立了受火钢筋混凝土构件的温度场分析模型及加固后构件的三维单元力学分析模型。探讨了钢管屈服强度、名义含钢率、新修复混凝土强度等对外包钢管约束加固火灾后钢筋混凝土柱承载力、刚度及延性的影响规律。结果表明:火灾后钢筋混凝土柱的承载力和刚度都会明显降低,采用外包钢管可对受损伤的钢筋混凝土柱进行修复加固,加固后组合柱受力性能将得到大大改善。分析结果可为有关工程应用提供参考。     

汶川地震后绵竹、都江堰市房屋震害调查与分析

依据笔者在四川省绵竹市、都江堰市参加建设部组织的汶川地震震后房屋应急评估所取得的资料,对该次地震造成的建筑结构破坏进行了分析,从砖砌体结构、混凝土框架结构、构造问题以及设计与施工缺陷4个方面,论述了各种破坏的形态与成因,讨论了现行设计方法中存在的问题,提出了相应的改进建议。主要结论有:砌体结构的底层墙体强度不足、开间过大、形体复杂是导致其破坏的重要原因,在设计中,应适当提高砌体结构底层墙体的强度,控制房屋的开间,加强形体变化部位;砌体结构的窗下墙应作为连接墙肢的连梁考虑,可以将其设计成抗震设防的第一道防线;框架结构设计中,应考虑框架与填充墙的相互作用,考虑楼梯斜梁或斜板参与结构的整体受力;在现行规范要求的基础上,要适当增加框架柱的截面,节点附近的箍筋应采用焊接封闭箍或螺旋箍;应加强非结构构件的连接与锚固;对乡村房屋建设应予以监管,杜绝结构体系不明确的房屋出现。