填充墻RC框架結(jié)構(gòu)地震破壞機(jī)理及關(guān)鍵抗震措施研究

金 煥

（中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080）

汶川8.0級(jí)特大地震等震害調(diào)查結(jié)果顯示，通常被認(rèn)為其抗震設(shè)計(jì)問題已經(jīng)解決且具有較強(qiáng)抗震能力的RC框架結(jié)構(gòu)，卻突出地表現(xiàn)出“強(qiáng)梁弱柱”、“薄弱層”、“短柱失效”等一系列超出抗震設(shè)計(jì)初衷的災(zāi)難性破壞形式。本文以汶川漩口中學(xué)倒塌的RC框架結(jié)構(gòu)教學(xué)樓的典型震害為背景，通過典型雙跨填充墻RC框架結(jié)構(gòu)單元偽靜力試驗(yàn)及框架結(jié)構(gòu)模型地震模擬振動(dòng)臺(tái)對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)合理論分析和數(shù)值模擬，研究了填充墻對(duì)RC框架結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理的作用機(jī)制，分析了現(xiàn)澆樓板對(duì)實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”破壞機(jī)制的影響規(guī)律，提出了可有效改善RC框架結(jié)構(gòu)抗倒塌機(jī)制的技術(shù)措施及設(shè)計(jì)建議。論文主要完成了以下工作：

（1）以汶川漩口中學(xué)倒塌的教學(xué)樓為原型，設(shè)計(jì)完成了考慮樓板及填充墻影響的4個(gè)1／2縮尺的單層兩不等跨填充墻RC框架結(jié)構(gòu)模型偽靜力試驗(yàn)，研究了2類填充墻材料、3種布置方式對(duì)框架結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度、剛度及延性的影響規(guī)律，揭示了填充墻及現(xiàn)澆樓板對(duì)框架結(jié)構(gòu)不同地震破壞模式的作用機(jī)理。

（2）基于填充墻RC框架結(jié)構(gòu)偽靜力試驗(yàn)結(jié)果，采用DIANA非線性有限元分析程序，實(shí)現(xiàn)了填充墻與框架間相互作用模擬；分析了填充墻與RC框架結(jié)構(gòu)的相互作用機(jī)理，研究了填充墻對(duì)典型雙不等跨RC框架結(jié)構(gòu)破壞及倒塌模式的影響規(guī)律。

（3）基于填充墻RC框架結(jié)構(gòu)偽靜力試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合理論分析及非線性有限元數(shù)值模擬，系統(tǒng)研究了填充墻RC框架結(jié)構(gòu)中的“短柱”破壞機(jī)理。選取實(shí)際工程中常用的粘土磚、加氣砌塊、蒸壓磚等3種砌體材料，定量研究了不同填充墻砌筑材料、墻－框界面剛度及填充墻布置高度對(duì)RC框架結(jié)構(gòu)“短柱”破壞模式的影響規(guī)律，提出了可實(shí)現(xiàn)避免短柱破壞的理論判別公式及設(shè)計(jì)措施。

（4）研究提出了可顯著提升框架結(jié)構(gòu)整體抗倒塌能力的現(xiàn)澆樓板四角與梁柱有限斷開的抗震設(shè)計(jì)措施。按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)制作了2個(gè)2×2跨、15縮尺的4層填充墻RC框架結(jié)構(gòu)模型，通過地震模擬振動(dòng)臺(tái)對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證了橫向兩不等跨RC框架結(jié)構(gòu)中填充墻及現(xiàn)澆樓板對(duì)破壞模式的不利影響；通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)與偽靜力試驗(yàn)及實(shí)際震害現(xiàn)象對(duì)比分析，揭示了現(xiàn)澆樓板以及填充墻對(duì)框架結(jié)構(gòu)破壞模式的作用機(jī)理；通過兩RC框架結(jié)構(gòu)模型破壞模式對(duì)比試驗(yàn)及非線性數(shù)值模擬分析，進(jìn)一步證實(shí)規(guī)范中試圖提高柱端彎矩增大系數(shù)的設(shè)計(jì)方法并不能有效實(shí)現(xiàn)預(yù)期的“強(qiáng)柱弱梁”破壞機(jī)制，而現(xiàn)澆樓板四角與梁柱有限斷開的措施可明顯提高框架結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，有效延遲框架柱的破壞。

填充墻RC框架結(jié)構(gòu)；強(qiáng)柱弱梁；短柱；破壞機(jī)理；樓板有限斷開；抗震措施