基于峰值速度的生土围护墙倾倒限值分析

目前农村存在大量生土墙围护的木结构房屋,此类房屋特别是围护墙体在历次地震中受灾非常严重。为了避免墙体在不同地震烈度下发生倾覆倒塌,基于峰值速度,通过简化力学模型对生土围护墙在地震中倾覆倒塌的破坏机理进行分析,得出不同地震烈度下其高厚比的限值。与用加速度值对生土围护墙倾倒高厚比限值的分析结果进行对比,分析存在的差异与原因,得出符合实际的高厚比限值。对于避免生土墙体在不同地震烈度下发生倾覆倒塌具有一定的参考意义。     

芯筒刚臂结构地震倒塌试验研究

对一个56层芯筒刚臂纯钢结构进行缩尺模型的振动台倒塌试验。试件缩尺比例为1∶40,主要构件材料根据相似关系选为紫铜。为了揭示地震波共振效应对结构的不利影响,选取天然波Chi-Chi TCU117以及基于该波根据频谱缩放方法得到的试验模型的一阶共振波作为振动台输入。试验中输入的地震波为7度小震水平。结构在天然波作用下保持完好,在一阶共振波作用下发生倾覆倒塌。根据试验数据得到了结构两种地震波作用下的惯性力,层间剪力以及倾覆弯矩包络。数据分析发现,具有共振特性的地震波作用下结构响应达规范反应谱值的10倍以上,峰值加速度仅在规范小震/中震等级时就能够导致结构倒塌。结构的倒塌模式为边柱破坏引起倾覆,与墨西哥地震中pino Suarez建筑类似。结构的伸臂使得楼层质量产生整体转动加速度,使得结构破坏位置转移到下层伸臂以上外柱受压承载力更薄弱的位置。     

混凝土多孔砖墙单向振动倒塌试验研究

为了摸清混凝土多孔砖墙在地震中倒塌的机理,对两个带木楼板的半砖厚混凝土多孔砖墙模型进行了不同方向的振动台试验。在单向机械波的作用下,1/2比例的模型经历了弹性、开裂和倒塌三个阶段。砖墙顶部首先开裂,当最大加速度达到14.08 m/s~2时,平面外受力砖墙因墙底开裂而倒塌;平面内受力砖墙抗震性能相对较好,砖墙在加速度达到37.97 m/s~2时,墙底开裂,但砖墙仍能和木板一起受力直至振动结束。试验及分析证实,砖墙平面外受弯破坏是混凝土多孔砖墙倒塌的主要原因,研究应继续进行足尺模型试验以确保砌体结构房屋大震不倒。     

砌体结构在地震作用下的倒塌模拟与分析

利用显示动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对一个2层砌体结构在地震作用下的倒塌进行数值模拟,比较了房屋四角设置构造柱的影响,并分析了破坏模式.结果表明,通过设置合理的参数和计算模型,数值模拟便可得到与实际倒塌相一致的结果.通过对砌体结构倒塌过程的模拟分析,可以定性了解砌体结构在强震作用下的薄弱部位,从而方便设计人员采取针对性措施来提高其抗震性能.震害分析得知,边缘墙体破坏比中间墙体严重,底层墙体比上层严重;地震作用下砌体房屋中的墙体在破坏前产生大量斜向或交叉裂缝、水平裂缝或竖向裂缝,窗间墙出现"X型剪切裂缝".在多层砌体结构中设置钢筋混凝土构造柱对防止房屋在地震中发生突然倒塌是必不可少的.     

圈梁-构造柱约束砖砌体房屋的抗地震倒塌性能分析

2008年5.12汶川大地震的经验显示,在遭受远超过抗震设防烈度的强烈地震下,砖砌体房屋结构既要具备一定的抗地震倒塌能力,又应在最后倒塌无法避免时能够在倒塌的时间顺序和空间上体现出合理性,即实现所谓的合理倒塌模式,才能最大限度地保障人民生命财产安全。通过引入等效受压斜撑宏观模型,分析并建立了圈梁-构造柱与砖墙体之间的传力路径以及相互作用,探讨约束砖墙体在平面内地震作用下的两种倒塌机制及其计算方法,提出反映圈梁-构造柱对砖墙约束能力的约束因子和反映砖墙抗地震倒塌能力的抗倒塌指标概念,最后建议了提高圈梁-构造柱约束砖砌体房屋抗地震倒塌能力和实现合理倒塌模式的若干基本措施。     

古砖塔内植锚杆加固前后抗倒塌能力研究

古砖塔作为古代高层建筑的杰出代表,是中国古代建筑中最为宝贵的一笔文化遗产。长年的风雨侵蚀和人为的损坏,古砖塔的稳定性和承载力也大大降低,在地震时会发生严重的破坏,因此,开展砖石古塔的保护研究,对古建筑的保护具有重大的现实意义。本文通过应用单元法,对地震作用下古砖塔加固前后的抗震性能进行了仿真模拟,重点研究建筑内植锚杆加固技术对古砖塔抗倒塌能力的影响。发现在地震作用下,未加固的古砖塔倒塌过程基本与汶川地震中古砖塔的倒塌情况类似。从上部楼层的墙体相对变形较大,部分墙体抗剪强度不足脱落开始,随着变形的继续增大,上部多层出现倒塌。采用建筑内植锚杆技术加固后,加强了砖墙的约束,提高了墙体的抗剪、抗拉强度,以及抗变形能力,在墙体发生破坏时,加固后的墙体由于內植锚杆的存在,使得结构的层间刚度下降很小,越向上的楼层,这种作用越明显,使得在整个地震作用过程中未出现倒塌破坏。     

经历平面内损伤的阻尼填充墙框架平面外受力性能试验研究

为研究双向地震作用下阻尼填充墙(damped infill wall, DIW)的平面外受力性能,对3片经历了平面内拟静力加载试验的DIW进行平面外静力加载试验,研究DIW平面外的受力性能、变形模式和破坏特征。结果表明：DIW的平面外受力阶段分为弹性、弹塑性、塑性和破坏4个阶段,各阶段的DIW平面外位移沿墙体高度分布均呈“三折线”形态;DIW具有一定的平面外抗侧刚度,与以低强度砂浆作为阻尼层的DIW相比,以 SBS 改性沥青卷材作为阻尼层的DIW平面外初始刚度明显较大,可更好地控制墙体的平面外变形。DIW通过砌体单元间以及砌体单元与框架梁间的相互作用形成拱承载机制,具备抵御9度罕遇地震作用下平面外承载能力;DIW的拉结筋主要在墙体平面外位移较大时发挥作用,具有第二道防线的作用。拉结筋拉断标志着DIW的最终破坏,拉断前DIW未发生失稳倒塌现象。     

地震倾覆力矩对多层砌体结构墙体的影响

在水平地震作用下,多层砌体结构一般只考虑层间墙体抗剪承载力和结构整体倾覆等方面的问题,而地震倾覆力矩对层间墙体的影响,特别是弯曲影响却很少研究.为此,提出一个新的计算模型,探讨了砌体结构在地震作用下的墙体内力和承载力,特别是由地震弯矩引起的墙体大偏心受压情况,并据此研究了地震倾覆力矩对墙体破坏的影响.倾覆力矩引起的墙体大偏心受压是引起砌体结构地震破坏的一个关键因素.     

毛石墙体在竖向荷载作用下变形性能试验研究

结合传统毛石墙体构造特点,进行了不同收分比例毛石墙体在竖向荷载作用下的变形性能研究。通过对3片毛石墙体进行抗压试验,获得了其竖向位移、横向位移的荷载-位移曲线,并结合试验过程及现象分析了毛石墙体的变形过程及破坏模式,最终建立了收分比例对毛石墙体变形特点的影响规律。结果表明:收分比例越大,毛石墙体竖向承载力越小,竖向变形越大,且进入破坏状态后极易发生突然倒塌;毛石墙体中部横向位移大于底部且位移增长更快;收分比例越大,毛石墙体中部与底部横向位移差别越大,墙体平面外变形越不均匀,极易发生平面外失稳破坏。该研究成果具有一定的理论依据和实用价值,可为毛石砌体建筑的改造提供参考依据。     

淤泥烧结保温砖夹心填充墙平面外振动台试验

淤泥烧结保温砖是一种能实现墙体自保温的新型绿色节能墙材产品。在淤泥烧结保温砖砌筑的填充墙中内置EPS泡沫板构成双叶保温填充墙,为了研究这种自保温填充墙在地震作用下平面外的抗震性能,对足尺的自保温填充墙试件进行了地震模拟振动台试验,并采用SAP2000有限元软件,进行了墙体在地震作用下的弹性时程分析,将试验结果和有限元对比分析,结果表明:在台面输入峰值加速度620 gal地震作用下,墙体底部出现裂纹,但墙面面砖完整,墙体结构尚未破坏。介绍了这种新型保温墙体的试验方法、试验破坏现象,分析了其动力特性和破坏机理,并对墙体的抗震性能进行了评价。     

历史建筑砌体结构的砖墙平面外受力性能研究

针对历史建筑砌体结构在地震作用下容易发生砖墙平面外破坏与倒塌的问题,设计并制作了4片足尺带正交横墙的砖墙,采用气囊加载施加均布荷载进行了砖墙平面外静力试验,研究历史建筑砖墙平面外破坏模式和受力性能。在此基础上,通过理论分析研究了竖向荷载、墙厚、墙宽、楼(屋)盖形式和砂浆强度等因素的影响,提出了砖墙平面外承载力计算方法。研究结果表明：峰值荷载后砖墙平面外位移急剧增大,但开裂后仍能保持较大的平面外位移而不倒塌;与无楼板砖墙相比,木楼板和混凝土楼板砖墙的初始刚度分别提高了69.9%和68.8%,平面外承载力分别提高了44.5%和54.0%;竖向荷载、墙宽和墙厚对砖墙平面外承载力影响显著,楼板形式有一定的影响,而砂浆强度的影响较小;砖墙平面外承载力的理论结果与试验结果吻合较好。     

Out-of-plane behavior of brick wall of historical masonry structures

针对历史建筑砌体结构在地震作用下容易发生砖墙平面外破坏与倒塌的问题，设计并制作了4片足尺带正交横墙的砖墙，采用气囊加载施加均布荷载进行了砖墙平面外静力试验，研究历史建筑砖墙平面外破坏模式和受力性能。在此基础上，通过理论分析研究了竖向荷载、墙厚、墙宽、楼(屋)盖形式和砂浆强度等因素的影响，提出了砖墙平面外承载力计算方法。研究结果表明：峰值荷载后砖墙平面外位移急剧增大，但开裂后仍能保持较大的平面外位移而不倒塌；与无楼板砖墙相比，木楼板和混凝土楼板砖墙的初始刚度分别提高了69.9%和68.8%，平面外承载力分别提高了44.5%和54.0%；竖向荷载、墙宽和墙厚对砖墙平面外承载力影响显著，楼板形式有一定的影响，而砂浆强度的影响较小；砖墙平面外承载力的理论结果与试验结果吻合较好。     

框架结构填充墙的概念设计

先总体阐述了填充墙对框架主体结构的受力影响,然后重点研究了填充墙的约束效应和面外倒塌机理问题,并提出相应的设计建议,以提高框架结构的抗震性能。     

逐级加载下浅埋软岩隧道动力破坏振动台试验

浅埋隧道围岩的质量普遍较低,整体稳定性差,隧道震害表明强震作用下浅埋隧道极易发生震动破坏。通过开展V级围岩条件下浅埋隧道在小震下的震动响应和逐级加载下的震动垮塌振动台试验,研究了小震作用下围岩加速度沿地层的分布、衬砌结构的内力变化和围岩内部的水平位移变化规律,强震作用下衬砌结构裂缝开展和围岩震动垮塌。结果表明:围岩加速度随距地表距离的减小而增加,地表加速度约为拱顶处加速度的1.63倍,相同高度平面内靠近隧道的围岩振动具有一定的加强;隧道拱顶围岩内部的水平位移大约是拱腰围岩内部的1.23倍,围岩内部位移随着远离隧道而逐渐减小,随着震动烈度的增加而不断增加;隧道拱顶上方垮塌区形状近似漏斗,震动引起隧道衬砌结构拱脚处的轴力和弯矩变化最大,且拱肩和拱脚处裂缝分布最多,应加强拱肩和拱脚处结构的抗震性能。     

A numerical and experimental analysis of unbonded brickwork panels laterally loaded

The recent earthquakes occurred in Italy (Umbria and Marche 1997 and Molise 2002) have shown that the collapse of masonry buildings is mostly due to out-of-plane actions, caused, for instance, by an inadequate interlocking between perpendicular walls. In this paper, a combined numerical–experimental analysis on in-scale unbonded masonry panels out-of-plane loaded is presented. Three different Series (A, B and C) of mortarless walls subjected to in-plane compressive loads and concentrated out-of-plane actions are considered. Series A is restrained at two perpendicular edges and subjected to an eccentric out-of-plane load, whereas Series B and C are constrained at the base and on both vertical edges and are subjected to an eccentric (Series B) or centered (Series C) out-of-plane load. Experimental tests are repeated in presence of three different vertical membrane compressive loads equal to, respectively, 7, 10 and 13 kN. Two different numerical models, relying in an upper bound heterogeneous FE limit analysis and in a FE homogenized limit analysis approach, are employed to have a better insight into the experimentation conducted. The combined numerical–experimental information obtained shows that anisotropic masonry behaviour and vertical compressive loads are key aspects to consider to have a reliable prediction of both collapse loads and failure mechanisms.     

剪切波作用下直墙拱形巷道围岩破坏特征研究

直墙拱形巷道围岩在剪切波作用下会发生不同程度的破坏,通过直墙拱形巷道围岩的相似材料模型振动台实验与数值计算方法,共同研究了直墙拱形巷道围岩在剪切波作用下的受力及破坏规律。研究表明:剪切波作用下,直墙拱形巷道围岩在墙角处形成应力集中现象,直墙拱形巷道围岩的墙角底板和拱帮位置最容易积累损伤,直墙拱形巷道容易发生墙角处开裂破坏和直墙局部塌落破坏,且墙角处的的裂缝位置和方向对其他部位裂缝位置有着明显的影响,即直墙拱形巷道墙角处的裂缝由剪切波作用产生,巷道其他部位的裂缝的出现受到墙角处的裂缝和剪切波共同作用产生。     

双面叠合剪力墙平面外受力性能

为研究带水平接缝的装配整体式双面叠合剪力墙的平面外受力性能,完成了1片双面叠合剪力墙和1片现浇剪力墙足尺试件的平面外静力加载试验和有限元参数分析,对比分析了各试件的破坏形态、荷载-位移曲线、刚度退化特征和水平接缝处竖向连接钢筋的传力性能,提出了双面叠合剪力墙平面外受弯承载力和水平接缝截面受剪承载力的计算方法。结果表明:双面叠合剪力墙与现浇剪力墙试件的破坏形态基本相同,均为平面外弯曲破坏,与现浇剪力墙相比,双面叠合剪力墙试件的初始裂缝出现在底部水平接缝处,随后在墙面出现并逐级向上发展,表现出良好的延性破坏特征; 双面叠合剪力墙试件具有较高的平面外受弯承载力和变形能力,其初始刚度、极限承载力、平面外位移延性系数均大于现浇剪力墙试件; 双面叠合剪力墙试件的有限元计算结果与试验结果吻合良好; 随着轴压比增加,叠合剪力墙平面外承载力明显增加,但延性明显降低; 高厚比越小,叠合剪力墙平面外承载力越高,而对延性则影响不大; 提出的受弯承载力计算结果与试验结果吻合较好,可用于指导工程实践。     

足尺水泥聚苯模壳格构式混凝土填充墙钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究水泥聚苯模壳(EPSC)格构式混凝土填充墙钢筋混凝土(RC)框架的抗震性能,对一足尺单层EPSC格构式混凝土填充墙RC框架模型进行了振动台试验。试验中考虑了墙体开洞及墙体与RC框架的连接方式,研究了不同强度地震动作用下模型结构的动力特性、加速度反应、位移反应、层间剪力和动应变反应。研究结果表明：连续强震动作用下EPSC裂缝数量较多,部分格构柱水平开裂,而RC框架未发现损伤,EPSC格构式混凝土填充墙RC框架具有良好的抗震性能;模型最大层间位移角仅为1/513,格构式混凝土墙体的存在极大增强了RC框架的抗侧刚度;墙体与RC框架设置不同间距、长度的拉结筋均能提高墙体的平面外稳定性能,可控制墙体与框架协同工作。     

Seismic stability analysis of gravity retaining wall supporting c–φ soil with cracks

This article presents an analytical approach for the seismic stability analysis of gravity retaining wall with c–φ backfill soil. Cracks which are pre-existing (open before the collapse) and are form as part of slope collapse are considered. For a translational failure mechanism assumed, formulas are provided to calculate directly the yield acceleration and the inclination of failure surface. Factors such as cracks and cracks opening, wall back inclination, soil-wall friction, backfill slope are easily to be coupled into the formulations. Both the depth and most adverse location of the crack can be determined from the optimization procedure. Comparisons are made with existing methods and the influences of cracks opening are discussed. The influence of a crack presence on seismic stability of soil-wall system is distinct and pre-existing (opened) cracks have more adverse effect.     

大厚度湿陷性黄土隧道现场浸水试验研究

对于穿越大厚度湿陷性黄土地层的隧道,其围岩湿陷变形会威胁隧道结构的稳定性。为了分析黄土围岩湿陷变形对隧道衬砌结构的影响机制,选取典型大厚度湿陷性黄土隧道场地,通过开展隧道场地地面浸水试坑试验及隧道仰拱浸水试验,测试了地面入渗和隧道基底入渗过程中不同埋深地层的湿陷沉降变形及地基的沉降变形、入渗过程中围岩的体积含水率变化分布、试坑周边地层的侧向位移、衬砌结构接触压力和轴力,研究了既有隧道黄土地层的湿陷变形特性及水分运移规律、隧道结构力学响应。结果表明,隧道开挖、衬砌作用扰动黄土结构,增大了围岩及深层黄土的渗透性;与天然黄土场地试坑浸水入渗比较,增大了竖向浸水范围,减小了水平向浸水范围。隧道围岩湿陷变形改变了围岩与衬砌结构的相互作用性状。围岩湿陷和地基软化作用增大了二次衬砌结构侧墙竖向荷载和侧墙围岩的挤压作用,引起拱脚地基承载力减小和沉降变形发展,拱顶、拱肩接触面呈受拉状态;仰拱中部地基土的抗力作用抑制其沉降变形,从而使得拱脚和仰拱中部出现显著的沉降差,导致仰拱混凝土开裂,形成纵向裂缝。此外,浸水范围内黄土的湿陷变形不仅引起竖向沉降变形,还会引起周围土体产生侧向水平位移;洞口边坡场地黄土的湿陷性和地层湿陷变形差异较大,反映了黄土山岭黄土场地地层条件复杂多变的特征。