加固砌体结构抗震性能及其非平稳地震反应研究

摘要

根据建筑抗震加固规程,部分地区对原有未进行抗震设计的砖砌体房屋进行了抗震加固,多采用外加钢筋混凝土梁柱的加固方法,目前这些房屋仍在正常使用。这些砖砌体房屋能否达到我国现行规范的抗震设防目标需要进一步研究。地震动的非平稳性表现在强度和频率两个方面,目前研究多为地震动强度的非平稳性,对频率非平稳性的研究还不充分。频率非平稳性对结构地震反应有多大的影响还没有结论。本文的研究旨在评价不同砖砌体结构的抗震性能和外加钢筋混凝土梁柱砖砌体结构的加固效果,并通过拟动力试验研究地震动的非平稳性对砖砌体结构地震反应的影响。
　　本文设计制作了三类砖砌体房屋,外加钢筋混凝土梁柱进行抗震加固的砖砌体结构、按现行规范要求设置构造柱和圈梁的砖砌体结构以及未采取抗震设防措施的普通砖砌体结构,每类房屋分别输入频率平稳和非平稳的地震加速度时程,完成了六个近似足尺模型的动力特性试验、拟动力抗震试验和拟静力抗震试验。
　　本文试验采用的两种地震动输入,一种是人工合成强度非平稳频率平稳的地震加速度时程,另一种是强度和频率都具有非平稳特性的真实强震记录。为使试验结果具有可比性,对真实强震记录进行调整,保证两种输入的峰值加速度相等,峰值出现时间相近,阿里亚斯强度和谱强度相近。
　　通过动力特性试验,得到了房屋的自振频率、振型和阻尼比,比较三类结构自振特性的异同。通过拟动力试验,研究了不同地震动输入下结构的地震反应,包括位移、加速度、恢复力等,还研究了相同地震动输入下不同结构的地震反应特性。通过拟静力试验,得到了六个模型的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线以及极限承载力和极限位移等,研究不同结构的变形性能、刚度退化和破坏形态等,并采用无量纲表示以及归一化回归分析方法研究了三类砌体结构的骨架曲线和刚度退化规律。
　　此外,本文还讨论了采用相位差谱和时变功率谱两种方法合成非平稳地震动的可行性,对生成的地震加速度时程进行短时傅里叶变换分析,讨论了这两种方法的合成效果,以供工程应用参考和后续研究。

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第一章 前言

1.1研究背景和意义

1.2研究现状及存在问题

1.3研究内容

第二章 地震动输入研究

2.1地震动输入现有方法

2.2人工合成地震动

2.3非平稳地震动合成方法讨论

2.4强震记录的选取

第三章 试验结构和试验方案

3.1模型设计

3.2试验模型

3.3模型制作

3.4配重及附加质量

3.5试验方案

第四章 材料性能试验

4.1烧结普通砖抗压强度试验

4.2钢筋拉伸试验

4.3砂浆抗压强度试验

4.4砌体抗压强度试验

4.5砌体沿通缝截面抗剪强度试验

4.6混凝土抗压强度试验

第五章 动力特性试验

5.1动力特性分析理论

5.2试验方法及流程

5.3试验仪器及设备

5.4测点布置

5.5自振特性

第六章 拟动力试验

6.1试验方法

6.2试验原理

6.3试验加载

6.4试验数据测量和采集

6.5试验参数

6.6试验步骤

6.7试验结果与分析

第七章 拟静力试验

7.1试验方法

7.2试验结果与分析

第八章 结构破坏形态

8.1模型一

8.2模型二

8.3模型三

8.4模型四

8.5模型五

8.6模型六

8.7小结

第九章 结论与展望

9.1主要研究工作总结与结论

9.2有待进一步研究的问题

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录A.材料性能试验结果

附录B.动力特性试验结果

附录C.初始刚度试验结果

致谢