农村典型自建多层砌体抗震技术研究

论文摘要

震害调查发现,在所有遭受地震破坏的结构中农村自建房屋的破坏占有很大的比例。自建多层砌体房屋是农村常见的房屋结构类型,其承重构件多为粘土砖或者多孔砖砌筑成的墙体,屋盖为椽檩体系木屋盖或钢筋混凝土预制板屋盖。但是由于农村自建多层砌体房屋通常没有正规的设计和施工,建筑材料选择随意,质量难以保证,使得该类型房屋抗震性能较差。所以,开展农村多层砌体房屋的抗震技术研究对于提高其抗震性能以及提高农村民房抵御地震灾害的能力是很有意义的。本文以汶川8.0级地震为例,在不同烈度区选择具有代表性地区的农村自建多层砌体房屋为研究对象,通过使用数量化词语的震害描述,得到了地震作用下仅考虑结构振动破坏时该类型房屋在不同烈度区的破坏特征。同时,本文总结了农村自建砖砌体房屋的墙体、楼板屋盖、附属结构三个主要部分在不同烈度区的震害特征。另外,墙体作为砌体结构的主要承重构件,其在地震作用下的破坏特征和机理成为震害调查和研究的重点。本文在研究了墙体在不同烈度区的破坏特征的前提下,总结出了墙体的破坏程度对房屋破坏形态的影响。并针对墙体在地震作用下处于剪—压复合应力状态的特点,分析了三种墙体裂缝类型和剪切破坏类型的对应关系。通过对甘肃省多个地区的农村自建砌体房屋的调查,本文从多个方面总结了农村自建多层砌体房屋地震时较容易发生震害的成因。这些成因主要包括房屋建设场地的选择的不合理、房屋地基处理不正确、房屋不符合抗震概念设计要求、墙体引起的震害和房屋不采用抗震构造措施等五个方面。此外,本文还详细给出了减轻上述成因引起震害的对策和方法。本文给出了三种经济、简易并适合于农村自建房屋使用的抗震技术。其中“隐形构造柱,,和“捆绑法”适用于烈度较低地区,而砂垫层摩擦滑移基础隔震适用于高烈度地区使用。本文利用有限元软件ANSYS对采用了“隐形构造柱”抗震技术的单片墙进行了非线性模拟计算。计算结果表明,该方法能够有效提高砌体墙体的抗震性能。另外,本文利用有限元软件ANSYS验证了采用砂垫层基础隔震技术的三层砖砌体房屋的隔震效果。计算表明,结构采用隔震层后自振周期增长,能够有效衰减地震动,起到了隔震效果,提高了多层砌体房屋的抗震性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 选题依据
• 1.1.1 农居抗震的必要性
• 1.1.2 农村自建多层砌体结构未来的发展趋势
• 1.1.3 农村自建多层砌体结构的地震安全问题
• 1.2 农居抗震的国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国内农居抗震的研究现状及发展趋势
• 1.2.2 国外农居抗震的研究现状及发展趋势
• 1.3 本文的主要工作
• 1.3.1 研究目标和意义
• 1.3.2 主要研究内容
• 2 不同烈度区农村自建多层砌体震害特征
• 2.1 不同烈度区农村自建多层砌体震害分析理论依据及意义
• 2.1.1 不同烈度区农村自建多层砌体震害分析理论依据
• 2.1.2 不同烈度区农村自建多层砌体震害分析的意义
• 2.2 不同烈度区农村自建多层砌体震害分析
• 2.2.1 汶川地震及农村居民住房震害概况
• 2.2.2 不同烈度区农村自建多层砌体震害特征分析方法
• 2.2.3 研究区域选取
• 2.2.4 不同烈度区农村自建多层砌体震害特征分析
• 2.2.5 不同烈度区农村自建砖砌体房屋各部位震害特征
• 2.3 不同烈度区农村自建多层砌体墙体破坏特征
• 3 农村自建多层砌体结构震害成因
• 3.1 农村自建多层砌体结构主要地震安全问题
• 3.2 农村自建多层砌体震害成因分析
• 3.2.1 场地选择不当引起震害的原因
• 3.2.2 房屋地基和基础引起震害的原因
• 3.2.3 自建房屋不符合抗震概念设计引起震害的原因
• 3.2.4 自建多层砌体墙体引起的震害的原因
• 3.2.5 自建多层砌体不采取抗震构造措施引起震害的原因
• 3.2.6 房屋楼板屋盖缺少连接措施或连接措施较差引起震害的原因
• 3.3 农村自建多层砌体房屋震害机理分析
• 3.3.1 农村自建多层砌体房屋墙体不同类型裂缝震害机理
• 3.3.2 农村自建多层砌体房屋地震作用墙体破坏机理
• 4 农村自建多层砌体房屋简易抗震技术
• 4.1 砌体结构房屋抗震技术的发展
• 4.2 农村自建多层砌体结构常规抗震技术
• 4.2.1 砖垛、扶壁
• 4.2.2 "隐形构造柱"及"捆绑法"抗震技术
• 4.3 农村自建砌体房屋摩擦滑移隔震技术的应用
• 4.3.1 摩擦滑移隔震研究概况
• 4.3.2 适用于农村自建房屋的简易摩擦滑移隔震技术
• 4.3.3 基础滑移隔震结构计算模型及摩擦力模型
• 5 采用隐形构造柱砌体墙抗震性能的非线性有限元分析
• 5.1 砌体结构有限元模型建模及非线性数值计算方法概述
• 5.1.1 砌体结构有限元建模方法
• 5.1.2 砌体结构有限元非线性数值计算方法
• 5.2 采用隐形构造柱砌体墙体有限元模型
• 5.2.1 隐形构造柱单片墙体模型基本信息
• 5.2.2 材料的本构关系和破坏准则
• 5.2.3 隐形构造柱单片墙体有限元模型
• 5.3 采取隐形构造柱单片墙体抗震性能分析
• 5.3.1 分析工况
• 5.3.2 墙体水平位移计算分析
• 5.3.3 墙体应力计算分析
• 5.4 本章小结
• 6 采用砂垫层基础隔震技术砌体房屋抗震性能有限元分析
• 6.1 有限元动力时程计算及模态计算方法概述
• 6.1.1 瞬态动力时程计算方法
• 6.1.2 结构模态计算方法
• 6.2 非隔震砌体房屋和隔震砌体房屋有限元模型
• 6.2.1 研究对象的选择
• 6.2.2 结构有限元模型
• 6.3 结构模态分析
• 6.4 地震作用下结构弹性时程分析
• 6.4.1 输入地震波的选取与调整
• 6.4.2 分析工况
• 6.4.3 砂垫隔震层及上部结构在地震作用下的反应
• 6.4.4 普通房屋与砂垫层隔震房屋地震作用下的反应比较
• 6.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果