历史建筑砌体结构抗震加固的性能分析及倒塌模拟

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历史建筑砌体结构的建造年代久远,由于在设计时未考虑抗震要求以及经过长期的风化侵蚀导致结构材料的性能降低严重,很大一部分结构的抗震承载性能不足,在安全方面和使用方面存在隐患,因此需要对其进行抗震加固。本课题对历史建筑砌体结构抗震加固后的性能以及在地震作用下砌体结构发生倒塌破坏的原因和结构破坏机理进行研究,对历史建筑砌体结构的抗倒塌能力的提升有着重要意义。主要的研究工作和成果如下:(1)本文在已有试验的基础上,使用ABAQUS软件对单面混凝土板墙加固砖墙构件进行了合理的建模并计算,分析得到了混凝土板墙的厚度、板墙水平钢筋配筋率、砖墙轴压比的变化以及单双面板墙对加固后砖墙的抗震承载能力的影响并给出了有关的加固建议。(2)参考现存南京民国时期历史建筑砌体结构,设计了二层未加固砌体结构算例并使用PKPM软件进行了结构的鉴定,鉴定结果未满足规范要求,需要进行抗震加固。根据规范对未加固砌体结构进行了抗震加固设计,分析对比了两种加固设计方案的结果并确定了加固设计方案。(3)使用ABAQUS建立有限元模型分析了不同刚度的楼板对加固前的历史建筑砌体结构的自振频率的影响,结构使用刚性楼板与使用柔性楼板的自振频率变化较大。对模型自振频率的计算结果进行分析得出圈梁构造柱的增设对结构的初始刚度略有提升;单面板墙加固+圈梁构造柱加固与单面板墙加固结构的自振频率提升不明显。(4)本文编写了控制失效单元删除的VUSDFLD子程序,对加固前后的砌体结构模型在不同工况下进行倒塌模拟。分析结果表明:多遇地震和中震下圈梁构造柱的增设能够提升砌体的抗震承载力,罕遇地震下发生倒塌概率相对较大。罕遇地震下,单面混凝土板墙加固的砌体结构虽然破坏比较严重但并未发生倒塌,可以达到抗震设防目标;双面板墙加固后的砌体结构破坏程度相比于单面板墙加固的砌体结构明显减轻。(5)通过回归分析得出加固前、后砌体结构的易损性拟合方程并绘制了易损性曲线。根据易损性曲线可知,未加固砌体结构的罕遇地震下倒塌概率为87.3%,加固后的砌体结构罕遇地震下倒塌概率为3.9%,结构的抗震能力显著提升。未加固砌体结构的CMR值为0.625,加固后的砌体结构的CMR值为2.098,采用单面混凝土板墙加固后的砌体结构的CMR值相较于未加固砌体结构提升明显,结构的抗倒塌安全储备较高。
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