高延性混凝土加固夯土墙房屋振动台试验及有限元分析

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生土建筑历史悠久,具有施工简单、造价低廉、节能环保等诸多优点。我国生土建筑广泛分布在西南、西北等相对欠发达的农村地区。农村现有生土建筑大部分未设置抗震构造措施,在地震作用下,极易造成不同程度的损伤乃至倒塌破坏。高延性混凝土(High Ductile Concrete,简称HDC)作为一种纤维水泥基复合材料,具有高强度、高延性、高韧性等特点,近年来逐渐在房屋建筑抗震加固建筑材料领域得到广泛的应用。本文在四川大凉山农村地区实地调研的基础上,针对未设置抗震构造措施的夯土墙承重单层房屋,采用单面钢丝网片附加高延性混凝土条带面层加固方法,进行房屋模型振动台试验,研究验证此加固方案的可行性和有效性,以期为我国农村夯土墙危房改造抗震加固工作提供一定的技术参考。本文主要研究内容如下:(1)对夯土土样和高延性混凝土进行了材料力学性能试验。以大凉山白鹤滩镇和平村单层农村夯土结构房屋为原型,设计了单层夯土墙木屋架房屋1:2缩尺试验模型,根据欠人工质量模型理论,推导了试验模型的相似比关系。(2)使用大凉山地区夯土墙房屋建造工艺制作了房屋试验模型,采用单面钢丝网片附加高延性混凝土条带面层加固方案,加固范围为自屋顶向下700mm及房屋四角水平延伸500mm,在此范围内压抹15mm厚度高延性混凝土。(3)采用EI-Centro、迁安波和卧龙波三种地震波进行了振动台地震模拟试验,通过观测试验现象可知,试验模型在8度设防地震作用时,墙体出现微小裂缝。在8度罕遇和9度罕遇地震作用时,夯土墙体原有裂缝出现开合现象,表明单面钢丝网片高延性混凝土条带加固方法可以显著提高夯土墙承重房屋的水平承载力。试验模型在9度罕遇地震作用下,房屋整体性能良好,房屋破损程度可评价为基本完好。(4)通过分析振动台试验数据,结果表明采用单面钢丝网片高延性混凝土条带加固夯土墙承重房屋,试验模型自振频率随着地震波加速度峰值的增大不断衰减,衰减幅度较小。随着地震波加速度峰值的增大,结构刚度不断退化,退化速度较慢,试验模型抗震效果较好。采用单面钢丝网片高延性混凝土条带加固方法可有效提高结构的抗侧刚度,结构整体抗震性能优越。(5)采用Sap2000软件分别建立了未加固夯土墙房屋和高延性混凝土加固夯土墙房屋的有限元模型,进行结构的静力、模态和地震反应时程分析,有限元分析结果表明采用高延性混凝土加固技术,可有效提高结构的抗侧刚度和整体性能,与试验结论一致。采用钢筋网片附加高延性混凝土条带进行抗震加固,加固成本低廉,且施工简单快捷,抗震性能效果良好,可有效解决农村夯土墙建筑房屋抗震构造措施不足的问题。
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