文摘

最近的地震造成严重损害中国农村的房子。研究传统农村房屋的抗震性能和加固是强烈的需要。在这项研究中,传统brick-wood结构房屋的抗震性能在江西及周边地区进行了分析和现场调查证实了数值模拟。传统建筑,如檩屋顶和空心墙,被认为是。这些建筑类型可以减少农村房屋的抗震性能,和有限的研究进行了。本研究发现,上述结构将产生塑性变形和局部损伤6-degree地震设防的行动。损坏的位置发生在接近檩墙和墙接近门窗。鉴于以上地震安全问题,钢筋水泥砂浆加固方法地带和网面,提出了适用于工程应用的传统农村的房子。抗震加固效果进行了数值模拟。比较计算结果,发现结构加固后的抗震性能明显增强,和墙上的应力集中是改善。

1。介绍

目前,在中国有许多问题在农村建筑,如不合理的结构设计和非标准建设。有一个大地震风险由于缺乏相应的农村房屋抗震设计的代码。不同于城市建筑,传统乡村建筑的结构类型有明显的区域特征和独特的风格。农村房屋的抗震性能和安全问题从不同的地区是不同的。因此,研究区域农村建筑物的抗震性能,现有农村房屋的抗震加固方法迫切需要补充。

同时,发现无筋砌体结构不能承受大地震的考验,通过破坏1966年邢台地震,1976年唐山大地震,汶川大地震是在2008年。尤其是农村自建砌体结构房屋严重受损。例如,农村砌体房屋在汶川地震破裂,甚至部分倒塌(1]。在8度地区,大多数古老的农村房屋受损,和一些崩溃。6-degree上方区域,大部分农村砌体建筑严重受损或倒塌2]。然而,对于地区设防烈度较低和缺乏抗震设防意识和措施,甚至中小地震的作用下,传统的农村建筑将严重损坏。例如,在2005年,对于九江地震Ms5.7,传统brick-wood结构化房子严重损坏,损坏率为48.61%,中等损伤率为26.22%,这是最高的建筑在各种(3]。传统的brick-wood结构化农舍也是本文的主要研究对象。

目前,中国对砌体结构的抗震性能的研究主要集中在三种类型的结构,即加固砌体结构约束砌体结构和配筋砌体结构。基于地震破坏的分析唐山大地震,人们普遍认识到钢筋混凝土结构的响了梁和结构柱可以有效地增加砖砌体建筑物的变形能力,利用变形能量,提高砖结构房屋的抗震能力,尤其是抗倒塌能力(4]。基于约束砌体结构,研究人员还提出了加固砌体结构,和它证明了相关测试5),加固砌体具有良好的抗震性能和高强度较强的变形能力。砌体结构的形式在国外在中国是相当不同的。砌体结构主要是混凝土和粘土块,和砌筑方法主要是增强砌体结构(6- - - - - -9]。

砌体结构加固方法的研究主要集中在加固砌体墙,包括传统材料强化实验研究方法,如添加环梁结构柱,强化了钢bar-mortar [10)和强化了钢铁bar-mortar交叉地带的方法(11]。此外,近年来,一些新材料加固方法被提出,如复合纤维薄板加固方法(12)、高性能复合砂浆钢筋网片加固方法(13)、高延性撒谎者钢筋混凝土表层加固方法(14),高强度钢丝绳网和聚合物砂浆加固法15),和高延性钢筋结构列约束方法(16]。一般来说,有成熟的理论对砌体结构的抗震加固,但很少有研究在传统砌体结构的抗震加固建筑在特定领域。

如今,数值模拟技术已经成为结构抗震研究的主要方法。砌体结构模型的动态分析在一些城市和城镇已经出版。通用电气等。17)使用有限元分析来分析旧砌体房屋的抗震性能和崩溃风险之前和之后的强化。太阳和邓18]分析了底部框架结构的抗震性能。华et al。19和吴et al。20.]分析了农村砌体结构的抗震性能和动态特征的建筑。Yu et al。21]分析了砌体强度对自建住宅的抗震性能的影响通过振动台试验和数值模拟方法。周et al。22]分析了现有农村砌体房屋的抗震性能。赵et al。23]试图分析农村建筑的易损性。上面的结果主要是针对砌体结构房屋,但很少有研究在传统brick-wood结构化的房子。姚明et al。(24)进行地震弹塑性分析brick-wood结构化的农舍,发现砂浆的强度有重要影响的抗震能力结构,给结构的弱点。本研究主要集中在低层房屋在华北农村,其结构不同于brick-wood结构在中国南方,空心墙是不考虑。

总之,掌握传统brick-wood结构建筑物的地震安全江西及周边地区和配合国家扶贫与农村破败的房屋重建,本文结合大量研究和有限元数值分析,确定了抗震性能和抗震薄弱点这种结构并提出了抗震加固方法适用于这类建筑在这一地区。brick-wood结构化模型的抗震性能强化前后比较,进一步验证了加固效果。

2。现有Brick-Wood农村结构的抗震性能在中国南部

江西brick-wood农村建筑大多是在1980年代和1970年代建造的。他们是由普通耐火砖和用石灰砂浆建造的。外墙通常是240毫米的厚度,和内墙是120 - 240毫米。他们通常空腔墙,有多用途的耐火砖和adobe砖。墙高,没有环梁和柱结构。双重斜坡结构的檩屋顶通常是由绿色的小瓷砖或釉面砖。

调查发现,传统的brick-wood江西农村建筑高度地震风险,和许多安全问题并不有利于抗震。首先,由于大湾和框架的高度,轴承壁通常腔壁,导致墙体的承载力和稳定性降低,墙壁是容易开裂和扭曲,不利于抗震,如图1。其次,有许多砖石brick-wood农村建筑的质量问题,如垂直和水平的墙壁不重叠,砂浆不足,混合砌筑砖砌体和adobe砖(见图2)。第三,由于高墙和不合理的门窗开口,门楣或砖拱门楣一般不设置,导致裂缝附近的墙打开,如图3。此外,硬山檩结构用于屋顶水平约束能力较差,和木材檩和墙上不牢固连接,不能形成相互之间的合作(如图4)。在地震的作用下,当地的损害很容易发生,导致全面崩溃的墙。

此外,这样的建筑被修建了很长一段时间,这些材料可能被侵蚀和年龄,和大多数的现有建筑物仍用于生活。因此,这类建筑的地震危险性很高,很容易导致家庭财产的损失,甚至伤亡地震的作用下。所以,迫在眉睫的是量化的地震风险建筑抗震加固。

3所示。Brick-Wood农村建筑的抗震性能

在中国不同的城市建筑,农村房屋基本上是由农民自己基于传统工艺在中国,不是根据建筑设计和建造规范。因为有大量的在中国农村自建砖块和木头房子,这些房子往往缺乏必要的抗震设计。因此,本文研究了这些房子的特定地震的缺陷,本文证明,具有良好的工程应用价值。此外,研究选择建立一个家庭的例子仍然生活在双力县,江西省。转换后的房子是一个典型的砖和木头结构的房子。研究小组已加固设计和现场施工的建筑工程实例。

通过使用有限元分析软件ADINA,精致的建筑物的地震反应分析模型考虑结构的空心墙和屋顶檩。首先,通过模态分析,比较自然振动周期计算有限元模型和经验公式来验证模型的合理性。然后,通过地震响应分析,地震安全性和地震的地震作用下结构的弱点6和7度量化。

3.1。模型介绍

在这项研究中,建立了数值模型,以传统brick-wood江西农村建筑为例。结构是一个事件,3-bay 4-room房子。层高为3.6米,没有地板之间的故事(它属于brick-wood农村建筑的常见结构江西及周边地区),腔壁厚是240毫米。檩屋顶直接放置在水平的墙。桁条直径200毫米,无环梁和结构列,和模型建筑设计图如图5。

3.2。模型简化和参数

摘要轴承砖墙采用整体有限元模型的建模方法建立brick-wood结构。此外,通过等效方法,模型墙的厚度调整到190毫米,以确保空心墙造型的合理性,因此该模型具有相同的动态特性与原始结构,满足动态分析的需要。

砌筑采用砌体刘教授提出的本构关系表达式(25的湖南大学,所示公式(1)。根据砌体结构的代码设计和相关文献26),可以计算砌体材料的基本参数,如表所示1。 在哪里σ_c和ε砌体的抗压应力、应变和吗f_米和ε₀砌体的平均轴向抗压强度和相应的应变值。

作为一个自然增长材料,木材的力学性能表现出明显的各向异性。同时,受许多因素影响,例如增长环境和品种,性能千差万别。因此,本文采用木材一般理想状态下的力学性能。根据相关文献[27),木材檩材料的基本参数表中列出2。

表中,EL,呃,等,分别木材的弹性模量(MPa)檩晶粒平行,横向粮食切向和横向颗粒径向;μTL,μRT,μ分别LR是木材檩的泊松比(MPa)的颗粒径向平行,横向粮食切向和横向颗粒径向;分别GRT GLR,和GTL的剪切模量(MPa)木材檩的纵向和切向,径向和纵向,切向和径向。

3.3。地震波

地震具有很大的随机性。在不同地震波下行动,实际结构的响应有明显差异,因此,应选择合理的地震波分析。地震波的选择主要是基于峰值加速度等因素,持续时间、频谱特征,和现场条件。所选地震波的时期应该接近场地特征周期。同时,合理的地震波持续时间很容易导致结构损坏由塑性变形积累,从而达到分析的目的。此外,当最初的地震波峰值加速度的不满足相关规范的要求或分析需求,地震波的大小应该按比例调整。

摘要brick-wood结构类的网站分类二世的分类设计地震第一组,和地震设防烈度是6(7)度(只有一些江西地区抗震设防烈度7度)。根据上述条件,塔夫特波,小城波,波洛马普列塔地震被选中。每个地震波拦截12个年代,地震波峰值加速度的计算6和7度,和塔夫脱的原始加速度记录波图所示6。

所谓的“标准”标准地震波意味着它的反应谱更符合代码设计谱或多个地震的“平均谱”。因此,它有许多地震工程领域的应用。其中,埃尔森特罗的光谱波和塔夫特波结合“平均谱”是相似的。把小城波为例,比较它与20个地震的平均光谱如图7:比较小城波和平均20地震频谱。

3.4。数值结果

3.4.1。模态分析

通过模态分析,第一个6得到结构的固有振动周期,如表所示3。

杨et al。28)提出了砌体结构的基本周期经验公式,这个公式如下: 在哪里T₁的基本周期和吗H₀结构的高度。根据经验公式(2),T1 = 0.0168×(7.2 + 1.2)= 0.141 s,这是接近数值模拟结果的误差小于5%,证明brick-wood结构模型是合理的。

不同于其他结构(29日,30.],brick-wood结构房屋的振动台试验研究了研究相对少见,数值结果与理论解比较本研究砌体结构的自然振动周期的验证模型。

3.4.2。位移响应

地震作用下的位移响应的每层结构如图8- - - - - -10。这项研究的失败程度的砌体结构以区间位移角为评价标准,如表所示4。每层的位移,统计区间位移角和故障程度的brick-wood结构房屋的三个地震如表所示5。

根据云计算结构位移图和区间位移角统计,发现在地震的作用下,最大位移的Y方向的结构出现在山墙的顶部,而最大位移X方向发生在顶部的内横墙和开放二楼。此外,的位移响应Y方向的结构显著大于X方向。塔夫脱的波(0.2 g)作为一个例子,最大位移的Y结构的方向是6.599毫米,最大位移的X方向是2.34毫米,最大位移Y方向是2.82倍X方向。可以看出,地震作用下,檩屋顶不利于结构的抗震稳定性,和山墙顶部很容易产生大的位移,甚至引起局部崩溃。

分析模型的计算结果表明,6-degree地震的作用下,达到结构中损伤和结构已达到严重损害7-degree地震的作用下。可以看出brick-wood农村建筑的抗震性能差,不能抵抗6和7度地震的作用。

同时,结合云计算图,发现结构的大位移的山墙,开幕式和内横墙的顶部,是弱地震的位置,也应注意钢筋位置的关键。

3.4.3。应激反应

在地震荷载作用下,统计墙的最大剪应力下表所示6和云计算图的最大主拉应力的结构如图11- - - - - -13。

根据云图的最大主拉应力的结构和统计的最大剪切应力墙底部,可以看出墙的主拉应力有明显的应力集中现象的山墙,开幕式,窗口之间的墙上,水平和垂直墙壁的十字路口。主拉应力超过0.23 MPa的粘土砖,表明当地墙已进入塑性阶段。

6-degree地震的作用下,墙底部的平均剪切应力为0.225 MPa。7-degree地震的作用下,墙底部的平均剪切应力为0.388 MPa,已大大超过了黏土砖的抗剪强度0.11 MPa,表明剪切破坏的风险有一个当地墙甚至崩溃。

4所示。农村建筑抗震加固后的抗震性能

这是发现,6-degree的作用下地震(0.1 g),江西brick-wood农村建筑的结构中受损。的作用下和7-degree地震(0.2 g),结构被严重损坏。在位置有明显的应力集中现象,如十字路口的水平和垂直的墙壁,开幕式,和windows之间的墙,这是地震的弱点。总之,农村建筑的地震安全性并不足以抵抗强烈地震载荷,应增加地震强化提高农村房屋的抗震性能。

江西大部分乡镇分布在山区,很容易使用传统的材料,采用简单的实现农村房屋的加固施工方法。因此,引用国内外研究和强化的方法很容易实现在当地乡镇(10,11],研究提出了一种强化方法,钢筋,钢丝网水泥砂浆,添加钢丝网砂浆表层在房子的外面。基于简单的需要购买和准备的建筑材料,水泥砂浆用于农村住房和增加钢筋的钢筋水泥砂浆带结的垂直和水平的外墙墙壁,一楼的高度(3.6米),和屋檐的位置增加墙的完整性和提高房子的破产能力。通过建立数值模型的钢筋建筑,钢筋的影响本文提出的方法进行了分析和比较。

增加钢筋砂浆条扮演的角色类似于环梁和结构列。这是一个有效的措施加强砌体建筑的完整性。它可以抑制裂缝的发展,极大地提高砌体墙的抗崩溃。房子采用横向钢筋砂浆带的环梁檐口的高度(墙)和垂直钢筋砂浆带的结构柱的垂直和水平墙交界处房子的外墙和墙上的结束。

钢筋砂浆带的布局图所示(14日)M10和砂浆强度等级。水平钢筋砂浆带的高度是240毫米,厚度是50毫米,强化是2 HRB300钢筋直径12毫米,和钢筋之间的间距为200毫米。水平钢筋的钢筋砂浆带数字所示14 (b)- - - - - -14 (e)。安排垂直钢筋砂浆带结的水平和垂直的墙壁外墙,主要分为“L -”和“T -型垂直钢筋砂浆腰带。“L -型垂直钢筋砂浆带使用两个L型通过钢绞线锚主要的强化,“T -”塑造了一个使用U型通过钢电线和管道通过钢绞线锚主要强化(施工方法:砖墙钻井,插入U形钢丝弯曲和绑定的另一层墙),钢丝间距为500毫米,和线径不小于4毫米;参见图14 (f)获取详细信息。

4.1。加固后结构模型

强化计划,选择钢筋的钢筋水泥砂浆Φ12钢筋和锚定通过墙钢电线。钢筋的钢筋模型和布局如图所示15。此外,钢丝网砂浆表层模型作为一个整体,和它的使用是安全的,只有灰浆层材料(不考虑钢丝网的参数)进行模拟。

4.2。强化材料的本构关系和参数

在这项研究中,提出的本构关系的水泥砂浆Du et al。31日)被选中,这是改进基于混凝土本构模型,并通过了试验验证。压缩下的本构关系如下(3): 在哪里x=ε/ε_米,y=σ/ f_米,ε和f是水泥的抗压应力-应变,然后呢f_米和ε_米是水泥砂浆的抗压强度和应变。此外,水泥砂浆的泊松比为0.2,而弹性模量是根据公式计算(4)。M10钢筋砂浆的强度,可以通过计算得到。砂浆的材料参数如表所示7。

4.2.1。准备钢筋的本构关系

理想的弹塑性本构关系采用钢筋,和材料参数如表所示8。

4.3。数值结果

4.3.1。增强模型的模态分析

通过模态分析,第一个6得到结构的固有振动周期,如表所示9。,如图16的比较表明,模型的自然振动周期的每个订单后强化小于原来的模型,这表明模型的刚度显著提高加固后,并改进建筑的完整性。

4.3.2。增强模型的位移响应

6-degree和7-degree地震作用下的位移响应比较之前和之后的每一层钢筋图所示17- - - - - -19。表10总结了最大位移、位移角间隔和损伤程度的强化模型在地震的作用下。分析发现以下。

加固后结构的最大位移显著降低,这表明加筋法可以有效地提高建筑物的抗震性能和结构地震作用下的位移响应。

据统计间隔的位移角见表106-degree地震的作用下,钢筋结构只受到了轻微的损伤。7-degree地震的作用下,产生介质结构损伤,显著提高与无筋结构。在钢筋模型,最大位移仍然出现在顶部的山墙。可以看出,地震作用下,由于檩屋顶结构,木材檩和山墙的顶部很容易被分离或碰撞,导致大位移或损坏。因此,在建筑物的钢筋,墙上应该添加与其他结构加强墙之间的连接和木材檩,形成一个整体,并进一步提高房屋的抗震性能。在这个模型中,稳定的木材檩和墙之间的联系。

4.3.3。钢筋的应力响应模型

钢筋结构的应力响应小城地震波的作用下为例,主拉应力和剪切应力的比较之前和之后的钢筋图所示20.和21。发现,在强化之前,有一个明显的应力集中在开幕式和附近的墙之间的窗口。强化后,墙应力显著提高,山墙等的剪切应力大大降低。

图22显示了应力云图共享的和砌体结构加固砂浆层。它可以被发现,在地震作用下,钢筋表层股票主剪应力和主拉应力,有效地改善了应力集中在开幕式和水平和垂直墙壁的十字路口。增加钢筋砂浆条还可以有效改善整体剪切应力和当地的剪力墙的应力集中。

5。结论

基于地震调查和数值模拟,发现传统brick-wood农村建筑的抗震能力在中国南方是不够的。6-degree和7-degree设防烈度的地震作用下,结构提高塑性变形的增加地面峰值加速度。地震载荷下的结构中损伤6-degree设防烈度。地震载荷下的结构严重损坏7-degree设防烈度。裂缝通常出现在木材檩和山墙之间的接触位置,导致最大Y方向位移。这主要是因为传统的nonconnection檩屋顶结构,这并不有利于结构抗震稳定性。此外,弱点发生在柏林墙的开放,windows之间的墙,内横墙的顶部,和横向和纵向墙交界处,有一个明显的应力集中现象。

加固后钢筋,钢丝网水泥砂浆或其他结构的地震响应分析表明,结构的位移和应力响应显著降低。6-degree地震作用下,钢筋模型仅轻微受损;7-degree地震作用下,钢筋模型介质损伤,损伤通常发生在接触的位置与木材檩山墙顶部。这种类型的损坏主要是由于檩屋顶结构。外墙而言,初始应力集中的位置转移到钢筋表面强化后,损伤主要发生在钢筋表面。墙的整体应力和位移是改善。同时,考虑到钢筋钢丝网的影响没有考虑在模型中,仿真结果趋于保守。因此,加强建筑可以保证建筑物的安全使用6 -和7-degree地震的作用下。

此外,地震作用下,应力集中仍然存在在内外壁的结和加固后的门窗洞。因此,这些地区的传统brick-wood农村建筑应当被视为抗震加固的主要对象。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这项研究。

确认

这项工作是由美国国家科学基金会资助(批准号51868048)和中国地震局基础研究项目(批准号2018 d18)。