近海大气环境下多龄期砌体结构抗震性能及地震易损性研究

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砌体结构是我国乃至世界传统建筑的一种主要结构形式,在办公楼、住宅、学校、医院等建筑工程中得到广泛应用。我国海岸线较长,大量近海建(构)筑长期遭受氯盐侵蚀影响,其安全性、适用性和耐久性随着时间的推移逐渐降低。现阶段我国存在大量不同年代的砌体结构房屋和年代久远的砌体结构古建筑群,长期遭受近海大气环境下的氯盐侵蚀,导致其力学性能和抗震能力均发生显著退化。因此,研究近海大气环境下多龄期砌体结构的抗震性能及地震易损性,对我国在役砌体结构建筑的震害预测与损失评估具有重要的理论指导意义。主要研究内容与成果如下:(1)通过人工气候腐蚀模拟技术对21组砂浆试块、4组砖砌体抗剪试件及4组砖砌体抗压试件进行了近海大气环境模拟试验。进而,对不同腐蚀程度砂浆试块进行抗压试验,得到相应的抗压性能指标,揭示并表征了砂浆试块的抗压强度随腐蚀次数的变化规律;对不同腐蚀程度砖砌体进行抗剪试验,得到相应的抗剪性能指标,揭示并表征了砖砌体抗剪强度的劣化规律;对不同腐蚀程度砖砌体进行轴心抗压试验,考察不同腐蚀程度抗压试件的破坏过程与特征,揭示了近海大气环境对砖砌体力学性能指标(轴心抗压强度、弹性模量、应力-应变关系)的影响规律。考虑了氯盐腐蚀对砖砌体力学性能退化的影响,基于损伤力学理论和应变等价原理,建立了砖砌体的损伤本构模型。(2)对8片砖砌体墙试件进行了近海大气环境模拟试验,进而对不同腐蚀程度的砖砌体墙试件进行低周反复加载试验,考察了试件的损伤破坏过程与特征,得到其在水平地震作用下的滞回曲线及骨架曲线,揭示了氯盐腐蚀对砖砌体墙的抗震承载力、刚度、累积滞回耗能等性能指标的影响规律。结合现有试验数据,统计回归完好砖墙骨架曲线特征点荷载、刚度的计算模型,得出完好砖墙骨架曲线的确定方法;对腐蚀砖墙的抗震性能试验数据进行拟合,给出其荷载与位移的腐蚀退化模型,在完好砖墙骨架曲线的基础上建立腐蚀砖墙骨架曲线;基于I-K模型建立了可反映近海大气环境下腐蚀程度增加所引起力学性能退化效应的砖砌体墙恢复力模型。通过计算滞回模型与试验滞回模型的对比表明本文所建立的考虑氯盐腐蚀的恢复力模型具有较好的适用性。(3)选取考虑砌体结构弯曲和剪切效应的数值模型分别对砖砌体构件与结构进行数值分析。结合工程实测,建立了近海大气环境下多龄期砌体结构抗剪强度退化率与结构服役龄期间的量化关系。针对在役砌体结构的多龄期特性,基于材料劣化及腐蚀砖砌体墙剪切恢复力模型建立了考虑结构服役龄期的整体结构数值模型,通过与试验结果的对比验证了该模型的适用性。(4)结合我国抗震规范及震害资料与国内相关学者的研究成果,采用最大层间位移角作为结构性能参数;对多龄期砌体结构进行概率抗震能力分析,并从概率抗震能力方面考虑了砌体结构的多龄期特性;最终,确定近海大气环境下多龄期砌体结构轻微、中等、严重破坏和倒塌极限状态阈值。(5)选取有抗震构造措施砖砌体典型结构和底部框剪砖砌体典型结构,基于材料劣化与腐蚀砖墙剪切恢复力模型建立砖砌体结构的数值模型,选取22条地震波对典型砌体结构进行地震需求分析,采用基于位移的地震易损性理论框架对砌体结构进行地震易损性分析,最终得出不同层数、不同龄期及不同设防烈度下砌体结构的地震易损性曲线。
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