【硕士】芯柱式构造柱约束砌体结构振动台试验研究

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内容简介

　　摘要：2008 年5.12 汶川地震中，村镇砌体结构房屋大量倒塌，造成巨大的财产损失和人员伤亡。 由于缺少相关抗震措施，村镇建筑历来是我国抗震防灾的薄弱环节。　　传统的构造柱圈梁技术是提高砌体结构房屋抗震性能的有效抗震措施，但在村镇建筑中却由于条件限制没有得到普及且难以保证使用质量。基于村镇建筑的实际修建情况，所在研究小组提出了芯柱式构造柱技术，但尚缺乏芯柱式构造柱约束砌体结构房屋的整体抗震性能的研究。本文采用足尺比例，设计了一幢双层、双开间、单进深芯柱式构造柱约束烧结多孔砖砌体结构模型，进行了振动台试验。　　主要开展了以下研究工作：　　① 广泛搜集了国内外关于砌体结构振动台试验的相关文献，对振动台试验的试验目的、模型相似比例、试验对象选取（构件，单元或结构）、量测方案、地震波选取和加载制度的确定等方面做了较为详细的综述。　　② 设计振动台试验方案，并完成模型结构施工、数采系统接线安装等工作，对模型振动台试验过程和试验现象进行了详实描述。　　③ 利用白噪声工况数据，对结构的动力特性，包括自振频率、阻尼比、振型、刚度等进行了分析，考察了芯柱式构造柱约束砌体结构的动力特性随试验加载进程的变化。　　④ 通过钢筋应变、砌体墙面应变、构造柱预制块表面应变的分析，确定各工况结构各部位所处应力状态，分析各部件在地震荷载下发挥的作用。　　⑤ 为深入探讨结构的加速度反应，分析了底板与台面加速度传递的有效性、研究了各层加速度放大系数、等效地震力的分布情况。通过对等效地震力的计算，研究了结构层剪力和剪重比分布，探讨了基底的剪应力状态。分析并给出了结构的扭转加速度反应。　　⑥ 深入研究了模型结构的位移反应，分析了层间位移情况并绘制了结构的层间位移曲线。通过计算，考察了结构的扭转位移情况。提取了结构第一振型对应的加速度-位移滞回曲线，分析了结构的耗能情况。　　通过试验和对结果的分析表明：　　① 芯柱式构造柱作为一种新型的的抗震措施，能使其约束的砌体结构具有良好的抗震性能，改善了砌体结构的变形能力和耗能能力，在9 度罕遇地震作用墙底部出现水平通缝后，芯柱式构造柱保持了结构的整体性，保持了基底的抗剪能力，保证了结构在9 度罕遇地震下不发生因基底剪切失效引起滑移和倾覆。免结构出现离析崩塌，达到了9 度设防水平的“小震不坏，中震可修，大震倒”的抗震设防目标。　　② 随着输入地震动的增大，模型结构Y 向、X 向自振频率分别减小4.75%，1.76%。Y 向和X 向第1 振型的模态阻尼比变化不大，大致处0.011~0.016 范围内，Z 向阻尼比约为0.0013。Y 向和X 向初始振型略呈弯曲型，随加载向剪切型转变。　　③模型结构在地震作用下的二层扭转反应大于一层。三向地震动作用下使模型的扭转加速度反应急剧增大。模型结构的扭转位移和扭转角总体较小，在9 度遇地震动连续激振过程中，最大扭转角为7×10−4 弧度。　　④模型结构峰值层间位移随地震动峰值加速度的增加而增大。结构层间位移角峰值总体较小，最大值仅为1/625。　　⑤从加速度-位移滞回曲线分析得出：人工波在结构第一自振频率附近携带能量大于天然波；底层结构在第一振型分量中消耗的能量大于第二层；由于扭转成分的存在，二层在较大地震动输入，尤其是在三向地震动输入时，滞回曲线出现扭曲，且包络面积相对较大，扭转消耗的能量部分大于底层。　　

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