第一章 緒 論

研究結(jié)構(gòu)地震倒塌問題的根本目的在于提高結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力。在與地震災害斗爭的漫長歲月中，廣大學者針對 RC 框架結(jié)構(gòu)的抗倒塌措施進行了卓有成效的研究，開發(fā)了隔震結(jié)構(gòu)體系[49]、支撐框架結(jié)構(gòu)體系[91][92]、搖擺墻框架結(jié)構(gòu)體系[81][118]等，并已開始投入工程應用，甚至其中一些已經(jīng)經(jīng)歷了實際強震的檢驗。但是，現(xiàn)實的經(jīng)濟條件制約是我們無法逾越的問題。RC 框架結(jié)構(gòu)在我國擁有巨大的數(shù)量，目前尚不具備廣泛應用先進建筑抗震技術(shù)的經(jīng)濟基礎(chǔ)�？紤]到經(jīng)濟條件的制約和結(jié)構(gòu)重要性的不同，現(xiàn)階段重要建筑應探索新型結(jié)構(gòu)形式與技術(shù)手段，使重要建筑在強震之后，無需或稍加修復即可恢復使用，保障社會主體功能的不中斷；而對于量大面廣的一般性建筑，則不可忽略經(jīng)濟因素而盲目推廣先進的結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)，應探索更加經(jīng)濟實用的抗倒塌措施。在 RC 框架結(jié)構(gòu)中增設(shè)翼墻的抗震加固方法布置靈活，施工方便，經(jīng)濟實用，，具有很強的應用性，但深入的理論研究卻滯后于實際工程應用。為此，本文通過一個增設(shè)翼墻的框架結(jié)構(gòu)振動臺試驗，對該類抗震加固方法的抗震性能進行詳細研究，為工程應用提供理論和技術(shù)支撐。

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第二章 RC 框架結(jié)構(gòu)震害特征分析

2.1 RC 框架結(jié)構(gòu)典型震害特點

在整體結(jié)構(gòu)失效模式上，大量出現(xiàn)由柱鉸機制導致的層屈服破壞模式。大量出現(xiàn)底層坍塌或底部幾層倒塌，少部分結(jié)構(gòu)中間出現(xiàn)薄弱層破壞，在極高烈度區(qū)也出現(xiàn)大量結(jié)構(gòu)完全倒塌的情況，如圖 2-6 所示。結(jié)構(gòu)中間層出現(xiàn)薄弱層破壞，多是由于結(jié)構(gòu)豎向剛度在相應樓層出現(xiàn)突變，如圖 2-6b 中結(jié)構(gòu)底層設(shè)置了抗震墻，結(jié)果二層成為薄弱層。在日本 1995 年阪神 7.2 級地震中，出現(xiàn)很多軟弱中間層震害。造成中間層倒塌的原因主要有兩方面：一是日本舊的建筑法規(guī)（1981 年以前版本）假定結(jié)構(gòu)地震作用沿各樓層均勻分布，而非倒三角形分布，導致中間層設(shè)計剪力偏小。另外日本當時的常見工程做法是對于 7 層以上框架房屋，其下部幾層采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，上部樓層采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，導致轉(zhuǎn)換層出現(xiàn)大量嚴重破壞。在我國汶川地震中，底層薄弱的層屈服破壞模式非常突出，大量框架結(jié)構(gòu)底部出現(xiàn)嚴重破壞或倒塌，而上部各層破壞相對輕微很多。

2.2 RC 框架結(jié)構(gòu)典型震害案例剖析

本文中第三章振動臺試驗倒塌機理研究選取的震害原型為漩口中學中的 RC框架教學樓。漩口中學位于汶川地震兩個極震區(qū)之一的汶川縣映秀鎮(zhèn)，地震烈度達到 XI 度。汶川地震中臥龍臺站采集到的強震記錄加速度峰值東西向約為 1.0g，南北向約為 0.65g，可見漩口中學所在的震中地區(qū)地震峰值將可能超過 1.0g。課題組按照震害調(diào)查中獲得的該教學樓設(shè)計圖紙信息獲得了原型結(jié)構(gòu)的詳細設(shè)計情況。漩口中學教學樓建筑 2007 年建成使用，為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架填充墻結(jié)構(gòu)，地上主體為五層，獨立樁基，底層高 4.05m,上部各層層高為 3.6m，總建筑高度 22.05m，總建筑面積 3618.30m2.結(jié)構(gòu)按照 GB/T 50011-2001 建筑抗震設(shè)計規(guī)范、03G101-1 圖集以及中國建筑西南設(shè)計研究院西南 05G701 圖集（框架輕質(zhì)填充墻構(gòu)造圖集）等規(guī)范設(shè)計，當?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度為 7 度，設(shè)計地震分組第一組,設(shè)計基本地震加速度峰值 0.10g；框架抗震等級為三級，抗震設(shè)防類別為丙類；場地類別為 II 類�？蚣芰�、柱及現(xiàn)澆樓板均采用 C30 混凝土，梁柱縱筋鋼筋采用II 級鋼筋 HRB335，樓板及箍筋鋼筋采用 I 級鋼筋 HPB235。關(guān)于原型構(gòu)造設(shè)置詳見本文第三章模型制作中介紹。

第三章 漩口中學教學樓模型地震模擬振動臺試驗...........33

3.1 引言.............. 33

3.2 模型設(shè)計................ 33

3.3 模型材料性能試驗........ 37

3.4 模型施工過程................... 41

3.5 漩口中學模型試驗相似設(shè)計.................... 44

3.6 漩口中學模型地震模擬振動臺試驗方案............. 46

第四章 學校多層 RC 框架結(jié)構(gòu)振動臺倒塌試驗研究...........83

4.1 引言.................... 83
4.2 學校多層 RC 框架結(jié)構(gòu)倒塌試驗設(shè)計..............83
4.3 模型破壞發(fā)展及倒塌過程.................... 84
4.4 漩口中學試驗模型倒塌機理分析.............. 93
4.5 試驗模型與原型結(jié)構(gòu)倒塌模式對比. 96
4.6 填充墻對 RC 框架破壞模式的影響............99
4.7 本章小結(jié)............... 103
第五章 翼墻加固 RC 框架結(jié)構(gòu)體系..............105
5.1 引言................ 105
5.2 翼墻加固 RC 框架結(jié)構(gòu)體系概念...............105
5.3 翼墻加固 RC 框架結(jié)構(gòu)體系的抗震機制..............107

第六章 翼墻加固 RC 框架結(jié)構(gòu)振動臺試驗研究

6.1 引言

在 RC 框架結(jié)構(gòu)中增設(shè)翼墻的抗震加固方法，施工方便而受到廣泛應用。在對汶川地震老北川縣城（地震烈度 XI 度區(qū)）的震害調(diào)查中顯示，北川鹽務局宿舍樓作為強震中表現(xiàn)較好的底框結(jié)構(gòu)，其底層框架采用了增設(shè)翼墻的抗震措施，損傷分布均勻，且形成梁鉸破壞模式。而前文研究的倒塌結(jié)構(gòu)的破壞模式則為底層薄弱，因柱失效而倒塌，翼墻-框架結(jié)構(gòu)體系將為其抗倒塌提供應對措施。加設(shè)翼墻屬于結(jié)構(gòu)體系上的改變，對翼墻加固 RC 框架結(jié)構(gòu)體系的抗震性能的研究卻相對較少[10]。本文第五章對翼墻加固 RC 框架體系基本概念、設(shè)計目的進行了概括并對北川鹽務局宿舍樓結(jié)構(gòu)的抗震性能進行了數(shù)值模擬分析，在此基礎(chǔ)上參照北川鹽務局底層框架設(shè)計了一個縮尺比為 1:4 的翼墻加固框架結(jié)構(gòu)模型。進行了地震模擬振動臺試驗來驗證翼墻加固 RC 框架體系在大震作用下的抗震效果，深入研究新形成的翼墻加固 RC 框架結(jié)構(gòu)體系的動力反應、抗震機理、破壞模式等，分析增設(shè)翼墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的改善作用。

6.2 模型配筋及平立面設(shè)計

試驗模型以北川鹽務局 7 層宿舍樓的底層作為設(shè)計參考原型，設(shè)計了翼墻框架結(jié)構(gòu)模型。為排除模型受到雙向地震作用破壞的其他復雜影響因素，突出考察翼墻對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，試驗中擬采用單向地震動輸入，因此模型采用單向加翼墻設(shè)計，模擬原型結(jié)構(gòu)橫向的翼墻設(shè)計。模型柱網(wǎng)尺寸及配筋參考原型結(jié)構(gòu)，設(shè)計為三榀框架，在中間榀加翼墻。模型平立面圖及配筋如圖 6-1 所示。

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第七章 結(jié)語與展望

實際震害以大量的樣本為我們提供結(jié)構(gòu)各種破壞及倒塌模式，亦不乏很多具有優(yōu)良抗震性能的榜樣建筑。深度總結(jié)實際震害經(jīng)驗，并對其中的典型震害案例進行詳細剖析無疑是認知結(jié)構(gòu)地震倒塌機理，提高抗倒塌設(shè)計水平的最有效途徑。本文選取極震區(qū)兩棟典型結(jié)構(gòu)作為研究對象，對代表一般學校多層 RC 框架的漩口中學教學樓的倒塌過程進行再現(xiàn)，剖析其損傷特點和倒塌模式，分析確定了學校多層 RC 框架結(jié)構(gòu)抗震的薄弱環(huán)節(jié)；以北川鹽務局宿舍樓結(jié)構(gòu)為原型進行了翼墻加固框架結(jié)構(gòu)模型振動臺試驗，詳細分析了增設(shè)翼墻后結(jié)構(gòu)體系的動力特性、損傷模式和對多層 RC 框架結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的提高作用，為量大面廣的普通多層RC 框架結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計提供參考。主要結(jié)論如下：1、根據(jù)詳細震害調(diào)查分析可初步判斷，漩口中學校園內(nèi)兩棟結(jié)構(gòu)相同的教學樓均發(fā)生一致模式的倒塌，而同一校園的其他結(jié)構(gòu)未倒塌并非偶然，其設(shè)計特點具有明顯不利于抗震的因素。而北川鹽務局職工宿舍樓底層框架震害表明該結(jié)構(gòu)所加翼墻充分參與工作，使破壞集中在翼墻和梁，有效地保護了框架柱，相比周圍大量倒塌框架結(jié)構(gòu)而言抗震能力得到大大提高。

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參考文獻（略）

本文編號：239583