性能增强古建筑砌体墙抗震性能试验及有限元分析

为提高古建筑砌体结构抗震性能,设计制作了3组古建筑砌体试块和3片古建筑砌体墙试件,分别利用环氧树脂和甲基丙烯酸甲酯进行性能增强。通过试块的材料力学性能试验研究其力学性能,提出了性能增强古建筑砌体的本构关系;通过墙体的拟静力试验研究了性能增强古建筑砌体墙的破坏形态、滞回性能、延性、耗能能力等。结果表明:高分子材料能够有效约束古建筑砌体结构墙体裂缝的开展,提高墙体的承载力和变形能力,其中采用环氧树脂进行性能增强后,墙体承载力和延性相对于未增强墙体分别提高了30%和31%,采用甲基丙烯酸甲酯进行性能增强后,墙体承载力和延性分别提高了18%和42%;性能增强后墙体的滞回环面积和等效黏滞阻尼系数均大于未增强墙体,耗能能力得到增强;最后根据拟合试验曲线建立性能增强古建筑砌体的本构模型,并进行了有限元分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好,可为古建筑砌体结构抗震保护提供参考。     

采用多垂杆单元对砌体结构进行非线性分析

我国地震区存在大量砌体结构,如何简单有效模拟这些砌体墙体的力学性能就成为分析的关键。本文基于多垂杆单元模型提出了一种水平剪切恢复力模型,并与试验进行对比。结果表明,本文建立的水平剪切恢复力模型可以有效地预计砌体墙体的抗震能力,可用于砌体结构抗震性能的评价。     

自保温组合砌体结构承载力试验及有限元分析

自保温组合砌体是一种集保温和承重于一体的新型结构,为了研究其竖向承载力及其破坏特征,通过三片模型墙体竖向承载力试验和实测材料参数的有限元分析,获得了组合墙体承载能力、位移等相关基本力学性能和破坏特征.对试验结果和有限元分析结果就进行比较,有限元承载能力低于试验值10％左右,竖向变形、破坏裂缝形式基本相同.采用实测材料参数建立的有限元模型可以用作自保温组合砌体结构的承载力分析,具有一定的工程意义.     

极震区典型砌体结构的振动台倒塌对比试验分析

通过实地科考与测量,掌握了北川电信职工住宅楼的破坏状态及模态信息。通过两栋单层砌体结构模型的振动台倒塌对比试验,再现砌体结构的倒塌过程,研究砌体结构的地震破坏模式及倒塌机理。试验表明,各道纵(或横)墙的层间刚度分布不均是造成砌体结构底层破坏或倒塌的主要因素;由于同一方向墙体的刚度差异造成了各道墙体承担的水平地震剪力相差悬殊,进而使得各道墙体在地震时先后被个个击破,最终造成结构破坏甚至倒塌;增设翼墙及洞口两侧设置加强构造柱是提高墙体层间刚度的重要措施。该试验结果可解释北川电信职工住宅楼在汶川地震11度区未发生倒塌的原因,同时可为砌体结构底层同一方向墙体按照刚度匹配的原则设计奠定试验依据。     

植筋连接的后加混凝土-砌体组合墙体抗震性能试验研究

为满足砌体结构综合改造和提高结构抗震性能两个方面的实际工程需求,将原有砌体结构适当外扩,对外扩部分采用钢筋混凝土构件,从而形成后加钢筋混凝土-既有砌体的组合结构,而植筋连接能否保证新增混凝土构件与既有砌体构件的有效协同工作,是提高既有砌体结构抗震性能的关键。在已完成的小比例模型墙体水平低周反复荷载试验的基础上,设计了4片近足尺比例的纵向组合墙体模型,按照实际施工情况采用完全植筋的连接方式,进行水平低周反复荷载试验,对组合墙体的承载力、延性、滞回特性、耗能能力及破坏模式、混凝土构件的应变和钢筋的应变等进行分析。结果表明：纵向组合墙体具有良好的承载力、变形能力与协同工作能力,达到了原有墙体抗震加固的目标,说明完全植筋连接效果良好。     

钢筋-砂浆面层交叉条带法加固砌体结构振动台试验研究

钢筋-砂浆面层交叉条带法是一种具有独特受力机理的砌体结构加固新方法,具有施工快、影响范围小的优点。根据典型的砌体结构计算结果设计试验缩尺模型,对加固与未加固模型进行多种工况下的振动台同台试验,分析模型在不同加速度幅值输入时的动力特性和破坏机制,研究钢筋-砂浆面层交叉条带法加固砌体结构的整体抗震性能。试验结果对比分析表明:设置钢筋-砂浆面层交叉条带可以有效地提高砌体结构抗震能力;钢筋-砂浆面层可以同时增加墙体的承载能力和延性;底层窗间墙是砌体结构的薄弱部位;大震作用下砌体结构顶层比底层具有更好的变形能力。     

砌体结构在地震下的非线性计算模型

针对目前砌体结构计算模型在弹塑性动力时程分析中的不足,本文采用一种三弹簧单元宏观模型进行整体结构的非线性计算.首先,将其计算结果与单片砌体构件试验结果对比,验证了模型的准确性;随后,采用该模型对一简单空间砌体结构进行静力和动力分析,并计算了不同地震烈度下的结构响应,得到令人较为满意的结果.以层间位移角定义了各墙体构件的弹性、破坏和极限3个阶段,对整体结构的损伤情况给予了评价,并提出以竖向承载构件完全失效作为结构倒塌的判别准则,使三弹簧单元模型在砌体结构抗震研究方面具备一定的适用性.     

新型混凝土材料加固砌体墙抗震试验研究

本文对新型自密实混凝土材料快捷加固砌体结构墙体的抗震性能进行了试验研究。通过砌体结构墙体抗震性能的试验,分别研究了不同震损程度和配筋对原墙体的抗震承载力影响,并与传统钢筋网片水泥砂浆加固效果进行对比,最后对加固墙体承载力进行了理论分析。     

配筋砌块砌体剪力墙1/4比例模型房屋抗震性能试验研究

为了研究配筋砌块砌体剪力墙房屋的整体抗震性能,运用试验模型简单相似性原理,建造一幢1/4比例3层配筋砌块砌体剪力墙模型房屋,对其进行低周水平反复加载拟静力试验。研究模型房屋中墙体的破坏形态、钢筋应变及墙体的变形能力,获得模型房屋在水平荷载作用下整体受力的抗力特性和破坏形态。通过简单相似性原理的换算,确定原形房屋的水平承载力。研究结果表明:采用模型简单相似性原理,对配筋砌块砌体剪力墙进行模型试验能够满足破坏机理相似及受荷工作应力水平相似。配筋砌块砌体剪力墙房屋具有较高的承载能力和整体工作性能,竖向压应力对墙体的承载力和变形能力有重要影响。剪力墙边缘构件能有效的防止墙体局部破坏。配筋砌块砌体连梁是这种结构体系重要的耗能构件。     

设置构造柱的新型砌体结构抗震墙的抗侧力试验研究

前期研究表明,采用销键使混凝土小型空心砌块相互咬合,可以有效地提高砌体结构的抗剪强度。在设置芯柱的条件下,可明显地增强砌体结构的抗震性能,是一种新型的砌体结构。通过对4榀在不同竖向荷载作用下的带构造柱的混凝土小型空心砌块墙体进行的低周往复侧向加荷试验,对采用新型结构形式的墙体和普通结构形式的墙体的变形、延性和耗能能力进行对比分析,提出设置构造柱的新型墙体的抗剪承载力试验公式。试验证明:在设置构造柱的条件下,采用新型结构形式的混凝土小型空心砌块墙体的抗震性能要优于采用普通结构形式的混凝土小型空心砌块墙体。结合前期研究得出:这种新型砌体结构可以有效地提高砌体结构的抗震能力,值得进行工程推广实践。     

砖砌体结构中墙体错位对抗震性能的影响

通过大量的震害调查和试验研究得出,砖砌体结构中墙体不宜错位,宜拉通对齐,在此基础上,运用底部剪力法,对一例砖砌体结构中墙体错位与所分配的水平地震作用的大小进行了分析,从结果看出,在砖砌体结构抗震设计中,不但要进行抗震计算,而且更要重视概念设计。     

多层砌体结构窗下墙破坏模式试验研究

为验证多层砌体结构开洞墙体窗下墙破坏模式震害现象,设计缩尺比例为1:3的三层三跨砌体结构开洞墙体试件,对其进行拟静力低周往复加载试验。分析多层砌体墙体窗下墙破坏模式的破坏特征,研究整体墙及各层墙体的滞回特性、骨架曲线、刚度退化规律、耗能特性、延性与变形特征等抗震性能。试验结果表明：发生窗下墙破坏模式的开洞墙体破坏过程分为裂缝出现、变形发展与强度退化三个阶段;窗下墙作为第一道抗震防线可提前参与整体结构耗能、降低墙体刚度退化速率、增加整体墙的延性和变形能力,其破坏模式相对窗间墙破坏模式更为合理。研究结果揭示了发生窗下墙破坏模式墙体的抗震性能与变形特征,为实现砌体结构合理破坏机制提供依据。     

CFRP加固砌体结构受力性能的有限元分析探讨

利用有限元软件ANSYS,对碳纤维布（简写为CFRP）加固砌体结构墙体进行模拟分析,得出CFRP加固砌体墙体提高的极限荷载值。同时与试验数据和计算分析对比,从这三个方面验证砌体结构的墙体在不同加固的情况下,墙体极限荷载提高的程度。对CFRP加固砌体结构在实际工程中应用有指导意义。     

FRP加固砖砌体的抗剪承载力研究

为了研究纤维增强复合材料(FRP)加固后砖砌体的抗剪承载力,对1片未加固带壁柱墙体及8片FRP加固的带壁柱墙体进行了抗震性能试验;在FRP与砖界面黏结-滑移本构关系基础上,考虑FRP与墙体的界面剥离,将界面黏结力转化为桁架模型中的拉力,并考虑FRP的直接加固作用与间接加固作用.建立了FRP加固砖砌体抗剪承载力的理论计算模型.结果表明:该模型所得结果与试验结果及其他研究结果吻合较好,且可以很好地计算FRP加固后砖砌体的抗剪承载力.     

砌体墙抗冲击落锤试验方法研究与应用

阐述了砌体墙抗爆炸冲击试验研究现状,针对现有砌体墙试验方法的优缺点,结合湖南大学结构实验室已有的实验条件,提出了利用落锤试验机进行砌体墙抗冲击试验研究的方法;介绍了落锤试验机的试验原理、试验装置和测试系统,砌体墙抗冲击试验加载装置和试验方案。应用所提出的试验方法进行了碳纤维布加固砌体墙和未加固砌体墙的落锤冲击试验,通过试验现象和试验结果的分析,探讨了使用落锤试验机进行墙体抗冲击试验的可行性。     

体外预应力加固砌体结构振动台试验研究

基于地震作用下砌体结构墙体通常由于受剪能力不足而发生破坏的特点,提出了体外预应力对砌体结构进行抗震加固的方法,即在墙体两侧埋设并张拉预应力筋,使墙体在交角处和主要受力段受到预压力,以提高墙体的抗剪强度,改善砌体结构的抗震性能.为了验证该方法的有效性,制作了2个1:4整体模型,其中1个模型采用体外预应力法加固,进行了模拟...     

碳纤维板嵌缝加固砖墙抗震性能试验研究

粘贴碳纤维片材加固砌体结构可以有效提高其抗震性能,但并不适用于建筑立面有要求的古建砌体结构。为此,采用碳纤维板嵌缝加固砌体墙,即在墙体表面剔除既有水平灰缝内的部分砂浆,通过结构胶将碳纤维板嵌入砌体墙内,使墙体、结构胶、碳纤维板黏结成为整体。该方法既不改变墙体的外观现状,又可以有效提高砌体墙的抗震性能。为研究这种方法对砌体结构的加固效果,通过3片墙体的低周往复荷载试验,对比研究了单面和双面碳纤维板材嵌缝加固砌体砖墙的抗震性能。试验结果表明：碳纤维板材嵌缝加固可以改变墙体的破坏模式,使墙体的破坏模式由脆性的剪切破坏转为延性较好的弯剪破坏或者弯曲破坏,显著提高墙体的承载能力、变形能力、延性和耗能能力;与未加固墙体相比,单面加固和双面加固墙体的位移延性系数分别提高了3.94%和25.81%,双面加固墙体的延性提高幅度更大;与单面加固墙体相比,双面加固墙体的滞回曲线更加饱满,耗能能力更强。     

后加混凝土-砌体组合墙体抗震性能试验研究

根据某实际工程,设计1∶2缩尺的纵向和横向两种组合墙体试件进行低周反复荷载试验。针对后加混凝土构件-砌体组合墙体的承载力、延性、滞回特性、耗能能力及破坏模式、混凝土构件的应变和钢筋的应变发展过程等进行研究。结果表明:"拉结(剪切)钢筋+植筋"的连接节点具有可靠的连接性能,可以保证既有砌体结构与后加混凝土构件的协同工作;后加混凝土-砌体组合墙体具有更高的承载力及变形能力;通过等效黏滞阻尼系数对比分析可知,后加混凝土墙体提高了砌体墙的耗能能力;提出了后加混凝土-砌体组合墙体受剪承载力计算式,且与试验结果吻合较好。     

后张预应力加固砖砌体墙体抗震性能试验研究

提出了采用后张预应力对砖砌体结构进行抗震加固的新技术,为验证加固效果,进行了8片采用后张预应力技术加固的砖砌体墙体在水平低周反复荷载下的试验研究.对比分析了未加固墙体与加固墙体的破坏形态和受力特点.试验结果表明,后张预应力加固砖砌体墙体可以显著提高墙体的抗震性能,加固后墙体的抗剪承载力提高幅度介于1.28～2.11倍之间,延性系数提高幅度介于1.33 ～3.8倍之间,墙体的破坏形态也明显改善.在试验研究的基础上,提出了后张预应力加固砖砌体墙体的施工工艺.     

带构造柱砌体墙片残余刚度试验研究

为了研究带构造柱砌体墙片受损后的残余刚度和裂缝开展长度的关系,文中进行了带构造柱砌体墙片拟静力试验,得到了在反复荷载作用下墙体裂缝的开展情况,获得了墙体骨架曲线并进行了简化,提出两折线简化模型;分析了砌体墙片刚度变化规律并探讨墙片受损后的残余刚度和相对裂缝长度之间的统计关系,拟合出了相关计算公式,为砌体结构的损伤评估提供一些思路.