砖砌体结构的延性破坏机制抗震设计及评估研究

The outer longitudinal walls are the weakness of masonry buildings during earthquakes. The collapse resistance of masonry structure is significantly affected by the failure mechanism of longitudinal walls under longitudinal earthquake. Study on seismic design and evaluation of ductile failure mechanism plays an important part in improving the seismic design and earthquake failure mechanism control research of masonry structure. Two-stage seismic design procedure of masonry structure is proposed, that is the load bearing capacity design of components under frequent earthquake and the failure mode design under rare earthquake. A seismic design method of strong pier-weak spandrel-high energy consumption is present for failure mode design of longitudinal walls, which includes improving the seismic performance of piers, ensuring the failure of spandrels prior to piers and enhancing energy consumption capacity of structure. Model tests and numerical analysis are employed to study the mechanical behavior of spandrels under lateral load and the ductile failure mechanism of structure. The load bearing behavior and the key influences are discussed. The mechanical model with the contribution of lintel and floor taken into account is built for seismic resistance of masonry spandrel. The seismic action of spandrels during the formation of ductile failure mechanism of structure is revealed. The study is meant to provide some research basic for further study of failure mode design of masonry structures.

砌体结构房屋的外纵墙一般为结构抗震的薄弱环节，纵向地震作用下墙体的破坏机制对结构的抗倒塌能力具有重要影响，开展砌体结构延性破坏机制设计及评估研究对于进一步完善砌体结构的抗震设计与强震破坏机制控制研究均具有重要意义，本项目提出砌体结构房屋的两阶段抗震设计过程，即第一阶段多遇地震下的构件截面承载力设计和第二阶段强震作用下的破坏模式设计，并针对纵墙的强震破坏模式设计提出“强竖向-弱水平-强耗能”的设计思路，即增强窗间墙的抗震能力、保证窗下墙的破坏先于窗间墙以及提高结构的耗能能力，本研究拟采用模型试验和数值模拟方法研究窗下墙在侧向荷载作用下的力学行为以及结构延性破坏机制的形成机理，探讨窗下墙的受力特征及关键影响因素，建立考虑过梁和楼板等影响的砌体窗下墙抗震承载力计算模型，揭示窗下墙在结构延性破坏机制形成中的作用，为进一步开展砌体结构房屋强震破坏模式设计研究提供研究基础。

砌体结构是我国中低层建筑中应用最广泛的结构形式，但由于砌体房屋一般自重较大，强度低、延性和整体性差，体系单薄，结构遭遇强震作用时容易发生严重震害，尤其是低烈度设防区和设防标准较低的普通砌体结构房屋的倒塌率较高。为改善极震区多层砌体结构房屋的抗倒塌性能，保证结构在受到超出大震烈度的强震作用时具备与遭遇烈度相适应的抗倒塌能力，以及进一步完善多层砌体结构房屋的抗震设计与评估研究，有必要对砌体结构房屋的多道抗震设防、强震破坏模式及其合理控制、既有结构强震破坏机制评估等进行系统研究。.本课题针对我国现行设计规范有关多层砌体房屋抗强震设计方面的不足，对砌体房屋抗震设防目标和设计方法进行了研究，将传统的“三水准”设防目标拓宽为“四水准”，即“小震不坏、中震可修、大震不倒、强震不垮”，为实现该设防目标，进一步提出了砌体结构房屋二阶段抗震设计的思路，将整个抗震过程明确划分为两个阶段，即第一阶段多遇地震下基于构件截面承载力抗震验算和抗震构造措施保证延性的结构基本抗震能力设计和第二阶段结构强震破坏模式设计，其中，该阶段的设计对策侧重于“抗”， 设计过程和目标等与传统的结构抗震设计方法一致，通过第一阶段设计保证结构的基本抗震性能，实现结构“小震不坏”“中震可修”和“大震不倒”的基本设防目标；第二阶段策略强调以“控”为主，即以控制结构整体延性为设计目标，通过对结构中关键构件强震破坏模式和破坏顺序的合理控制使结构能够形成有效的抗震机制，使结构形成多道抗震防线，最大限度地发挥结构的延性和耗能能力，提高结构层次的抗震储备水平，通过第二阶段设计实现“强震不垮”的特殊设防目标。通过2个两层砌体结构模型低周反复加载试验验证了结构强震破坏模式设计思路的可行性和有效性。.针对既有砌体房屋的抗震评估，基于传统的结构抗震鉴定方法提出了考虑强震破坏模式的多层砌体房屋二次评估方法，即首先通过一次评估明确结构的基本抗震能力是否满足“三水准”设防要求，满足要求的进一步进行二次评估，即以结构强震破坏模式为主要指标的评估，进而根据一次、二次评估结论对结构的实际抗震能力进行综合评价，为进一步采取抗震加固等措施提供科学依据。