南北地震带具有区域特殊性的典型房屋建筑抗震性能分析

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从历次地震震害资料中发现,具有区域特殊性的典型房屋建筑的抗震能力在地震中的表现好坏不一,如1996年丽江7.0级地震中民族木结构房屋,即穿斗木构架房屋的震害指数仅为0.26,而普通砖木结构房屋的震害指数却为0.51。由此可见,具有区域特殊性的房屋在地震中的表现必然会影响到当地当地因地震造成的经济损失和人员伤亡情况。因此,对具有区域特殊性的典型房屋建筑结构的抗震能力的研究有非常重要的意义。南北地震带是我国非常重要的一条地震带,分布范围广、地震发生频度高、地质情况极其活跃。故本文对该区域内的典型房屋建筑进行了震害统计分析,给出各类典型房屋建筑的易损性分析结果,并选取当地具有该区域特殊性的房屋-穿斗木构架房屋,建立了相应的地震反应分析模型,而且对该类房屋的抗震性能进行了分析。主要内容如下:(1)本文统计了自1966年以来南北地震带上发生的所有6级以上地震,而且对1993年以后的所有地震震害进行了整理统计,得到了南北地震带所属区域各类建筑类型在不同烈度区的破坏情况,并根据统计的结果进行各类建筑抗震能力对比分析以及易损性分析。根据分析结果给出该区域内各类典型建筑房屋的抗震能力的区别:C类结构,即钢筋混凝土框架结构在历次地震中表现出了良好的抗震性能,实际统计结果中震害程度最轻;其次为B类结构(砌体结构)和A+类结构(穿斗木构架房屋);由木构架和土、石、砖墙房屋组成的A类建筑在历次地震中破坏最为严重。(2)本文对穿斗木构架房屋榫卯连接方式的传力机理、破坏形态以及抗震耗能机理等方面进行了分析,得出以下结论:①由榫卯连接形式的传力机理可以得出榫卯节点是一种特殊的半刚性节点,这种连接形式可以有效的降低结构的整体刚度,增大其延性水平;②通过对榫卯节点破坏形态的研究,发现榫卯节点的榫头颈部和卯口扩口处都是容易产生应力集中现象的部位,也是榫卯节点发生破坏失效的部位,而且榫卯节点的破坏形态跟木材的材料力学性能密切相关;③榫卯节点具有与摩擦阻尼器大致相同的减震耗能机理。这部分研究工作为本文建立穿斗木构架房屋榫卯连接形式的简化模型提供了必要的理论依据。也为穿斗式木屋架整体结构抗震性能分析奠定了基础。(3)从研究穿斗木构架房屋的构造特点及震害情况出发,结合有限元分析方法,对穿斗木构架房屋的分析模型和抗震性能进行研究。由于穿斗木构架房屋构造复杂,为了保证数值模拟和有限元分析的可行性,根据其结构的构造特点,建立了两类有限元分析模型,即未简化有限元模型和简化有限元模型,并将它们在ABAQUS大型通用有限元分析软件中进行了实现。通过三个算例对简化模型的合理性进行了验证,结果表明,本文提出的简化有限元模型在小变形阶段内可以得到很好的解答,随着地震荷载峰值的增大,误差也越来越大,这主要是本文假设半刚性节点处于弹性阶段造成的,但是误差值还是可以接受的。然后在此基础上,取了一栋典型穿斗木构架房屋作为算例,对其自振特性和抗震性能分别进行了初步研究,研究结果表明,穿斗木构架房屋的位移和加速度响应都是随着地震荷载峰值的增大呈非线性增长,其中在Ⅱ类场地地震荷载作用下整体结构的响应值最大,而在Ⅰ类场地地震荷载作用下结构的响应值最小。本文的研究工作对了解南北地震带上具有区域特殊性的房屋建筑结构的抗震能力有重要意义,可以作为建立南北地震带地震应急基础数据库的基础工作,为后续建立南北地震带区域典型经济承载体地震灾害评价模型和方法提供了必要的理论根据,并为该区域制定相应地防灾减灾对策奠定基础。
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