郯庐断裂带安徽区段农村民居抗震性能研究

发布时间：2016-04-28 16:01

1绪论

1.1研究背景及意义
我国是一个地震多发的国家,每一次地震都会导致巨大的经济损失与人员伤亡。2008年汉川强震,给汶川及周边地区带来了巨大的灾难,城乡民居大量损毁,北川县城、泣川县映秀镇等部分城镇和大量村庄几乎被夷为平地。随后,2010年青海玉树地震,倒塌的房屋中有85%以上是依山而建的土木房屋。2013年4月四川雅安地震,这是自泣川地震之后发生在该地区又一次强烈地震,造成了近100万间房屋损坏,其中倒塌5万余间,由于震区农居以砖木和砖混结构为主,毁坏情况十分严重,见图1。2013年7月22日,甘肃眠县漳县交界发生6.6级地震,损坏房屋30万间左右,其中倒塌房屋5万余间,绝大部分为土还房,这也是本次地震造成人员伤亡的最主要成因。由以上近年来频繁发生的几次强破坏性地震所造成的灾难不难发现,农村地区已经成为了每次地震的重灾区[14],因此,调查了解农村民居的地震安全现状及加强其抗震性能已经是防震减灾工作的重中之重。在汉川强震后,国家推行了一系列政策来提高房屋的抗震性能,如修订《建筑抗震设计规范》,但农村地区的房屋基本上均为自行建造,未经正规设计与施工,因而农村民居的抗震现状并没有得到明显改观。《国务院关于进一步加强防震减灾工作的意见》(国发[2010] 18号)也做出明确要求:“全面加强农村防震保安工作,加强对农村基础设施、公共设施和农民自建房抗震设防的指导管理”,但长期以来,由于农村地区的防灾减灾意识淡薄,社会与经济发展水平相对较低,且国家一直没有规范管理农村民居的建筑市场及其工程质量,因而这一政策的实施困难重重,总体而言,农村民居仍基本上仍处于不设防状态[5_6],可见提高农居地震安全性能已成为迫在眉睫的任务。
.........

1.2研究现状
我国是一个农业大国,据统计,我国农村人口达8亿人之多,占我国总人口数量的63%,而这些人中绝大部分都居住在农村。近年来的历次大地震均造成了巨大的人员伤亡和财产损失,特别是在广大农村地区,总是历次地震的重灾区。究其原因,我国农居绝大部分为自建房,没有经过正规的设计和施工,房屋的地震安全性能得不到保证,且我国现有设计规范如《砲体结构设计规范》(GB50003-2011)及《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)等,并未对农村地区的低层砌体结构进行统一规范和相应实施要求。因此,调研农居的地震安全性能现状及改善或提高其抗震性能已成为当前迫切的任务和研宄热点。葛学礼等分析了我国村镇建筑的主要结构类型、破坏类型及原因,提出了提高村镇建筑抗震性能的原则、目标和技术措施。吴华伟等对村镇木结构房屋进行了拟静力实验研宄和有限元分析,指出合理设计的木结构房屋具有较好的抗震性能。王瑾对1/4缩尺的石木结构房屋模型进行了模拟地震的振动台试验研宄和有限元分析,根据研宄分析结果给出了提高该类房屋抗震性能的抗震设计建议。杜永峰等分析了农村住房的主要结构形式、结构布置特点和震害特点,指出了当前村镇建设抗震设防中存在的问题及具体表现;给出了适于西部地区的村镇建筑关于节能和抗震的建议。
..........

2郊庐断裂带安徽区段农居抗震性能调查

2.1调查背景及意义
鄰庐断裂带是我国内陆众多断裂带中的一条主干断裂带,该断裂带北起黑龙江,横跨吉林、山东、江苏、安徽几省,延长达2400多公里。据统计研究,该断裂带历史上发生过M6.0级以上地震就有17次之多,其中最著名的山东郯城M8.5级大地震,地震在全国范围内造成了巨大的人员伤亡和财产损失,其影响范围波及了大半个中国。该断裂带的中南区段途径安徽省的宿松、潜山、庐江、嘉山等地斜贯穿了整个安徽省,如图3,而在郯庐断裂带的安徽区段及其附近地区,近年来呈现出小震不断的趋势,引起了一定程度的社会恐慌,未来是否会发生强烈破坏地震备受研宄人员关注,可即便只是小震,由于农村民居的抗震能力极差,已造成多次“小震致灾”甚至“小震大灾” [23]。如2005年11月26日,位于江西省北部与安徽安庆地区接壤的九江县发生5.7级地震,这次地震造成了近2万间房屋的完全倒塌,15万多间房屋损坏;2011年1月19日安庆市辖区又发生4.8级地震,给当地农村的民居造成重大破坏;2014年4月20日,在安徽省霍山县发生4.3级地震,震中烈度虽仅5度,却造成了近150户房屋受损,其中超过85%为民房。
.......

2.2调查方案
本次调查的区域是鄰庐断裂带安徽区段及近期地震活动频繁的周边地区,其中将部分设防烈度在7度(O.lg)及以上的高烈度地区和受地震影响显著的地区作为重点调查地区,包括泗县、五河县、定远县、庐江县等7个县,另将该区域上的灵璧县、固镇县等11个县(市)作为一般调查地区(图4)。调查方式有问卷调查和实地调查两种形式。问卷调查主要是从学院抽选调查区域的学生利用假期在家乡进行,这种方式大大提高了调查区域的覆盖面,使调查结果更具有普遍性。问卷调查表共发出750份(重点地区420份,一般地区330份),有效收回682份,有效率为90.93% (重点地区收回394份,有效率93.81%;一般地区收回288份,有效率87.27%)。实地调查则由课题组成员进入重点调查地区,调査对象包括既有民居和在建农居,共计调查了 556户,通过查、看、量、问等多种方式对农居的场地情况、建筑结构情况、施工情况、建造年代与成本及防灾减灾意识等方面展开了调查,以分析并评价该区域上农居的抗震性能。两种调査方式的范围基本涵盖了鄰庐断裂带安徽区段上的所有县(市),进而保证了调查数据的有效性与及评价结论的客观性。
........

3农居砌体结构的主要震害形式......20
3.1砌体结构的主要震害形式......20
3.2砌体结构震害的主要原因......25
3.3 本章小结......26
4农居有限元模性的建立及动力特性分析......27
4.1 农居模型的选择......27
4.2有限元软件的选取......28
4.3ABAQUS软件及砌体结构模型简介......28
4.3.1ABAQUS 简介......28
4.3.2ABAQUS砌体结构有限元模型......29
4.4ABAQUS材料模型及相关参数的确定......30
4.5有限元模型的建立......37
4.6模态分析......39
4.7 本章小结..................42
5地震作用下砌体结构弹塑性时程分析......44
5.1 地震波的选择......44
5.2结构破坏形态分析......46
5.3 结构位移响应分析......54
5.4结构抗震性能评价.......56
5.5本章小结......57

5地震作用下砌体结构弹塑性时程分析

本章在前文建立的四种不同抗震构造措施的农居砲体结构模型模态分析结果的基础上,又对这四种结构模型进行了弹塑性动力时程分析,得到各模型在不同地震波作用下的破坏形态及位移响应结果,对结果进行了较为详细的分析,验证了抗震构造措施对于农居抗震性能的具体作用,并根据分析结果对各模型进行了抗震性能评价,以此评估鄰庐断裂带安徽区段农居的抗震性能。

5.1地震波的选择

地震动是一种随机性较大的振动,结构在不同地震波作用下的响应往往有较大差异,地震波选取是影响结构动力时程分析响应的关键因素。关于地震的选择,根据我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010) [49]相关说明:“采用时程分析法时,应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线,其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3。”选择地震加速度时程曲线,需要考虑地震动频谱特性、地震动有效峰值及地震动持续时间三个方面的因素,其中地震动的频谱特性一般是根据结构所在场地条件及设计地震分组确定,地震动峰值主要根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中表5.1.2.2-1所列的地震加速度最大值确定,地震动的持续时间通常需要保证结构顶点的位移可按基本周期往复5-10次,也就是说地震动的持续时间通常取结构基本周期的5-10 倍。考虑到本文模拟的是鄰庐断裂带安徽区段农居砲体结构的抗震性能,该地区的抗震设防以7度(O.lg)为主,场地条件以II类较为普遍,因此本文模拟的所有结构场地确定为II类,抗震设防烈度为7度,地震设计分组为第一组。根据以上条件,本文选择了 EL-Centro地震波、Kobe地震波和一条人工波进行结构在罕遇地震作用下的动力时程分析,并按照相关要求对三条地震波进行调幅,使地震动峰值达到罕遇地震要求,调幅后的地震加速度时程曲线见图36-图38,输入地震动的持续时间取20s。

.........

结论

我国是一个地震多发的国家,每一次地震都会导致巨大的经济损失与人员伤亡,而历次地震中,损坏及倒塌的房屋绝大部分为农村民房,这也是地震中人员伤亡的主要成因。如2008年汶川强震、2010年玉树地震、2013年雅安地震、2014年鲁甸地震等,由以上近年来频繁发生的强震不难发现,农村地区已成为我国历次地震的重灾区,因此,调查了解农村民居的地震安全现状及加强其抗震性能是防震减灾工作的重中之重。湖北、江苏、福建、云南等多省均已在全省展开了农居抗震性能的调查研究,而安徽省位于华东腹地,郯庐断裂带斜贯穿全省,近几年又频发小震,但在全省范围内大规模的调查农居抗震性能的研究并不多。本文在安徽省高等学校优秀青年人才基金重点项目“郯庐断裂带安徽区段农居的地震安全性能研宄”的资助下,在郯庐断裂带安徽区段及周边地区展开大规模调查,根据调查结果给出了该地区农居抗震性能现状及相关建议;根据调查建立了该区域的农居典型砌体结构方案,釆用有限元软件ABAQUS进行了数值仿真分析与弹塑性动力分析,得到不同抗震构造措施的砌体结构在地震作用下的破坏情况,以此来分析本地区农居的抗震性能,通过调查及相关计算分析,本文得到以下结论:
(1)通过对郯庐断裂带安徽区段及周边地区农居现状的调査研宄发现,该地区农居结构形式主要以砖砌体结构为主,很少采用圈梁构造柱等抗震构造措施,且该地区农居的建造多为工匠自行设计建造,极少经过正规设计,施工工艺落后,建筑材料多为地方作坊生产,材料强度得不到保证,由于农村地区抗震意识淡薄,农居建造时极少考虑房屋的抗震,更多的考虑房屋的美观及使用功能,导致墙体门窗洞口过多过大,结构布置不规则,这些现象对结构的抗震极为不利,使得该地区农居的抗震性能普遍较差。
(2)本文通过利用有限元软件ABAQUS对采取不同抗震构造措施的四种农居砌体结构模型进行模态分析,通过计算结果可知,构造柱对结构周期影响较大,圈梁的影响较小,且计算结果与工程经验相符,说明有限元软件ABAQUS建立的结构模型可以较好的模拟实际结构,且计算结果比较真实。
.........
参考文献(略)

，

本文编号：37521