高烈度區(qū)構(gòu)造柱圈梁抗震體系砌體平房振動(dòng)臺(tái)

周強(qiáng)，陳珊，孫柏濤，楊玉成

(1.南昌大學(xué) 建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330031； 2.中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所 中國(guó)地震局地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150080)

高烈度區(qū)構(gòu)造柱圈梁抗震體系砌體平房振動(dòng)臺(tái)

周強(qiáng)1，陳珊2，孫柏濤2，楊玉成2

(1.南昌大學(xué) 建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330031； 2.中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所 中國(guó)地震局地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150080)

為研究在西藏當(dāng)雄高烈度區(qū)農(nóng)牧民安居工程中，擬建的采用圈梁構(gòu)造柱抗震體系的單層混凝土砌塊房屋的抗震性能，并探討內(nèi)橫墻和打包帶加固等對(duì)房屋抗震能力的影響，進(jìn)行了2個(gè)相似比例為1/3模型的振動(dòng)臺(tái)對(duì)比試驗(yàn)，模型分別是無內(nèi)橫墻單層砌體結(jié)構(gòu)模型和有內(nèi)橫墻且墻體用打包帶進(jìn)行加固的單層砌體結(jié)構(gòu)模型。試驗(yàn)測(cè)試了結(jié)構(gòu)模型的動(dòng)力特性及其在不同地震作用下的加動(dòng)力響應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用構(gòu)造柱圈梁抗震體系的房屋，可達(dá)到村鎮(zhèn)建筑9度抗震設(shè)防目標(biāo)，基本符合建筑抗震三水準(zhǔn)設(shè)防的要求；如若房屋再增加內(nèi)橫墻或墻體采用打包帶網(wǎng)加固，抗震抗倒的能力更強(qiáng)。試驗(yàn)結(jié)果可為當(dāng)雄高烈度區(qū)農(nóng)牧民安居工程的房屋抗震加固、設(shè)計(jì)和施工提供參考依據(jù)。

高烈度區(qū)； 圈梁構(gòu)造柱抗震體系； 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)； 農(nóng)牧民安居工程； 混凝土砌塊； 砌體結(jié)構(gòu)； 抗震加固； 打包帶； 江油波

西藏是中國(guó)地震多發(fā)地區(qū)，具有強(qiáng)度大、分布廣等特點(diǎn)，地震活動(dòng)僅次于中國(guó)臺(tái)灣省。當(dāng)雄縣位于西藏自治區(qū)中部，藏南與藏北的交界地帶，拉薩市北部，距拉薩市170公里，是我國(guó)大陸抗震設(shè)防烈度最高(9度)的十個(gè)城鎮(zhèn)之一，處于班戈-當(dāng)雄斷裂帶交匯處。納木湖鄉(xiāng)為當(dāng)雄縣轄鄉(xiāng)，位于縣境北部，面積4萬平方公里，人口0.4萬，通公路。當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度為不低于9度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值不低于0.4g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地類別為II類[1]。

拉薩市政府在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)高烈度區(qū)大量農(nóng)牧民房屋進(jìn)行抗震加固。考慮到西藏拉薩市納木湖鄉(xiāng)等安居房的建筑形式和施工條件，以及當(dāng)?shù)鬲?dú)有的自然條件和施工材料，加強(qiáng)方法擬采用打包帶加固、圈梁與構(gòu)造柱增強(qiáng)體系和改善建筑體型。其中，打包帶加固技術(shù)較早由東京大學(xué)Mayorca P提出[2-3]，認(rèn)為是一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)而且有效的抗震加固技術(shù)，但未在國(guó)內(nèi)外大范圍應(yīng)用和實(shí)踐檢驗(yàn)，需進(jìn)一步進(jìn)行抗震試驗(yàn)研究，便于改善打包帶抗震加固方法及流程。因此，拉薩市依據(jù)當(dāng)雄縣納木湖鄉(xiāng)農(nóng)牧民安居工程工作計(jì)劃，以納木湖鄉(xiāng)民居中典型結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行房屋抗震能力模型試驗(yàn)。該項(xiàng)試驗(yàn)的模型是根據(jù)拉薩市設(shè)計(jì)院提供的已建60 m2-A戶型、已建70 m2戶型和擬建60 m2戶型3套圖紙，分為3組制作模型進(jìn)行抗震試驗(yàn)[4-6]。本文為其中一組的試驗(yàn)研究，該組試驗(yàn)原型是用構(gòu)造柱圈梁抗震體系增強(qiáng)的擬建60 m2戶型砌體平房，該原型建筑平面為矩形，建筑面積60 m2，故本文稱為擬建60 m2戶型模型試驗(yàn)。

通過本次試驗(yàn)，對(duì)擬建60 m2戶型構(gòu)造柱圈梁抗震體系的單層混凝土砌塊砌體房屋抗震性能有進(jìn)一步的了解和驗(yàn)證，以及對(duì)打包帶加固措施進(jìn)行驗(yàn)證。旨在改善西藏砌體平房的抗震性能，提高抗御強(qiáng)烈地震的能力，改善抗震加固工程中擬采用的打包帶加固技術(shù)的加固方法及流程，以減輕地震災(zāi)害的損失，建設(shè)西藏農(nóng)牧民安居工程，保障西藏同胞的地震安全。

1 模型的試驗(yàn)測(cè)試方案

1.1模型簡(jiǎn)介

本文試驗(yàn)的2個(gè)模型的原型為擬建60 m2戶型砌體平房，縱橫墻交接處設(shè)有構(gòu)造柱，墻頂設(shè)圈梁，木結(jié)構(gòu)平屋蓋，建筑高度為3.2 m，層高為2.9 m，內(nèi)外墻均為300 mm厚混凝土實(shí)心砌塊(加墻體抹灰，砌塊尺寸為190 mm×190 mm×290 mm)，原型平面尺寸為9.8 m×5.8 m。

模型的建筑平面有2個(gè)方案，其一為傳統(tǒng)民居無隔墻隔斷的磚木平房，稱為擬建模型2-1(本文簡(jiǎn)稱模型2-1)；另一按該傳統(tǒng)民居拆除中間木柱，改為一橫墻隔斷，該模型的各片墻體內(nèi)外還用打包帶加固，稱為擬建打包帶加固模型2-2(本文簡(jiǎn)稱模型2-2)，2個(gè)模型和原型的尺寸比為1∶3，模型平面如圖1所示。

圖1 模型平面圖Fig.1 The layout plan of the models

1.2模型設(shè)計(jì)

1.2.1 模型相似比

模型設(shè)計(jì)、 制作和地震激勵(lì)輸入按照相似理論進(jìn)行。由于模型設(shè)計(jì)受振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面尺寸和最大載重的限制，本次試驗(yàn)采用原形1/3縮尺模型，模型材料與原型相同。表1列出了本試驗(yàn)中模型結(jié)構(gòu)和原型結(jié)構(gòu)各物理量的相似關(guān)系和相似系數(shù)[7]。

1.2.2 人工質(zhì)量計(jì)算

人工質(zhì)量計(jì)算時(shí)，模型結(jié)構(gòu)不同材料容重的取值與原型結(jié)構(gòu)相同。對(duì)于屋面活荷載，荷載規(guī)范規(guī)定雪荷載為0.5 kN/m2，上人屋面為2.0 kN/m2，不上人屋面為0.5 kN/m2。依據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況屋面活荷載取為0.5 kN/m2。模型各構(gòu)件人工質(zhì)量計(jì)算結(jié)果如表2，人工質(zhì)量按不同墻體和柱子各自分配的配重布置在相應(yīng)構(gòu)件上。

1.2.3 打包帶加固技術(shù)

打包帶加固技術(shù)其主要思路是將打包帶編織成網(wǎng)，然后將打包帶網(wǎng)鋪設(shè)并固定在墻體上，進(jìn)而起到加固墻體的作用[8]，具體的加固實(shí)施方法見文獻(xiàn)[4-6]。打包帶的主要材料是聚乙烯，聚丙烯樹脂等，具有可塑性好，抗拉能力強(qiáng)，耐彎曲疲勞，密度小，拉伸沖擊性能佳，使用方便，價(jià)格非常低廉等突出優(yōu)點(diǎn)。而砌體結(jié)構(gòu)具有材料呈脆性，抗拉、抗剪、抗彎能力等缺點(diǎn)。打包帶與砌體結(jié)合可以充分發(fā)揮各自的性能優(yōu)勢(shì)，從而提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。為防止紫外線照射、老化，增強(qiáng)打包帶網(wǎng)和墻體的連接，原型結(jié)構(gòu)的墻內(nèi)外打包帶網(wǎng)都要進(jìn)行抹面處理。為便于查看試驗(yàn)過程中墻體裂縫的開展，模型試驗(yàn)沒有進(jìn)行抹面處理。

表1模型結(jié)構(gòu)與原型結(jié)構(gòu)的相似關(guān)系

Table1Similarityrelationsbetweenthemodelandprototypestructure

物理量關(guān)系式1/3縮尺模型彈性模量E/PaSE1應(yīng)變?chǔ)臩ε=11應(yīng)力σ/PaSδ=SE1長(zhǎng)度L/mSL1/3線位移X/mSL1/3質(zhì)量m/kgSm=SES2L=SρS3L1/9時(shí)間t/sSt=1/Sf=S1/2L0.577阻尼c/(N·s·m-1)Sc=Sm/S-1t=SES3/2L0.1925速度v/(m·s-1)Sv=SL/S-1t=S1/2L0.577加速度a/(m·s-2)Sa=11重量加速度g/(m·s-2)Sg=11

表2 模型人工質(zhì)量列表

1.3模型制作

模型制作前，需依據(jù)原型結(jié)構(gòu)混凝土砌塊的尺寸和材料配比及相似關(guān)系制作模型砌塊。為按照西藏當(dāng)?shù)刈龇?，模型由西藏?dāng)?shù)毓ぷ魅藛T自行選材和制作，制作過程完全按照當(dāng)?shù)刈龇ㄟM(jìn)行，以確保模型結(jié)構(gòu)與原型結(jié)構(gòu)砌筑方式、構(gòu)件連接等盡量一致。 模型的制作要點(diǎn)主要包括： 1)模型墻體“丁”字砌筑； 2)采用木門、窗過梁； 3)柱底通過鋼釘和木楔與底板連接； 4)柱頂通過兩段托梁搭接木梁，梁與柱通過鋼釘固定； 5)梁頂鋪設(shè)木椽子，椽子間距為10 cm；椽子之間通過扒釘固定，椽子與梁之間采用鋼釘連接，如圖2； 6)木椽子上鋪設(shè)約4 mm厚膠合板，為方便后期人工質(zhì)量的布置，膠合板與墻體邊緣留有一定距離，如圖3。砌筑完成后的模型如圖4和5所示，在模型砌筑的同時(shí)，對(duì)砌塊和砂漿的強(qiáng)度和進(jìn)行了測(cè)試，其中砌塊強(qiáng)度為4.2 MPa，砂漿強(qiáng)度為6.2 MPa。

圖2 模型椽子木Fig.2 Wood rafters

圖4 砌筑完成后的模型2-1(無打包帶加固)Fig.4 Finished model 2-1 (without reinforcement)

圖5 砌筑完成后的模型2-2(有打包帶加固)Fig.5 Finished model 2-2 (reinforced)

1.4測(cè)點(diǎn)的布置

模型2-1共布設(shè)32個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中應(yīng)變片20個(gè)，用于測(cè)試墻體薄弱部位應(yīng)變；SW-1型拉線式位移傳感器4個(gè)，用于測(cè)試底板和屋頂X、Y方向的位移反應(yīng)；941B型加速度傳感器8個(gè)，用于測(cè)試底板和屋頂中心及屋頂上面東北角、西南角X、Y方向的加速度反應(yīng)。該模型傳感器布置示意圖如圖6所示，振動(dòng)臺(tái)上模型2-1實(shí)際測(cè)點(diǎn)安裝和人工質(zhì)量加載完成的現(xiàn)場(chǎng)如圖7所示。

圖6 模型傳感器布置示意圖Fig.6 Layout plane of model′s sensors

圖7 模型2-1測(cè)點(diǎn)和配重布置圖Fig.7 Measurement point and additional weight of model 2-1

模型2-2共布設(shè)12個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中位移傳感器4個(gè)，用于測(cè)試底板和屋頂X、Y方向的位移反應(yīng)；加速度傳感器8個(gè)，用于測(cè)試底板和屋頂中心及兩端X、Y方向的加速度反應(yīng)。該模型位移和加速度傳感器布置同模型2-1。

1.5試驗(yàn)測(cè)試方案

本次試驗(yàn)在中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所進(jìn)行。試驗(yàn)選用1940年El Centro地震波、1976年唐山地震中的遷安波、2008年汶川地震中的臥龍波、江油波，共4條較典型的地震波作為荷載輸入，4種地震波時(shí)間壓縮0.577倍后作為振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面輸入波。

模型2-1和模型2-2先后進(jìn)行模擬地震動(dòng)試驗(yàn)，均分為3個(gè)階段：

1)結(jié)構(gòu)的彈性階段試驗(yàn)：對(duì)于模型2-1，振動(dòng)臺(tái)輸入4種地震波，比較模型在4種地震波X、Y水平雙向輸入時(shí)模型結(jié)構(gòu)的彈性反應(yīng)，選出江油波(結(jié)構(gòu)彈性階段反應(yīng)較大，同時(shí)，考慮了當(dāng)雄與江油的場(chǎng)地同為Ⅱ類第二組。)繼續(xù)逐級(jí)加載輸入；對(duì)于模型2-2，振動(dòng)臺(tái)只輸入江油地震波，觀察結(jié)構(gòu)彈性階段的反應(yīng)，并與模型2-1作比較；

2)模型墻體的初裂試驗(yàn)：2個(gè)模型都只輸入江油波，作X、Y水平雙向輸入試驗(yàn)，在試驗(yàn)中特別關(guān)注初開裂的模擬地震動(dòng)強(qiáng)度，開裂部位和形態(tài)；

3)破壞試驗(yàn)：2個(gè)模型繼續(xù)逐級(jí)加載輸入江油波，特別關(guān)注裂縫發(fā)展和分布，模型破壞較為嚴(yán)重時(shí)候的地震動(dòng)強(qiáng)度。

2個(gè)模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)地震波雙向輸入工況見表3所示。

表3 模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)地震波輸入工況

2 試驗(yàn)過程及模型破壞現(xiàn)象分析

彈性階段試驗(yàn)：模型2-1，雙向輸入El-Centro波、遷安波、臥龍波和江油波4種地震波，名義加速度峰值為0.1g和后兩種波的0.15g進(jìn)行模擬地震動(dòng)試驗(yàn)，記錄各測(cè)點(diǎn)的加速度和位移，模型結(jié)構(gòu)在江油波輸入時(shí)反應(yīng)最大，經(jīng)查模型墻體無裂縫，再用江油波加載名義峰值加速度為0.2g，經(jīng)查仍無裂縫；對(duì)于模型2-2，只輸入江油波逐級(jí)加載，加載到名義峰值加速度為0.4g，經(jīng)查模型結(jié)構(gòu)仍無裂縫。

開裂階段試驗(yàn)：模型2-1，江油波加載名義峰值加速度為0.3g，模型初裂，觀察到10條細(xì)微裂紋，多分布在縱墻頂部、窗角和圈梁下，橫墻未見裂紋，詳見圖8和表4；模型2-2，名義峰值加速度為0.5g，模型才初裂，觀察到9條細(xì)微裂紋，詳見圖9和表5。

表4 模型2-1裂縫長(zhǎng)度及寬度

注：表4、5及圖8、9中裂縫編號(hào)，如0.3-1，0.3表示地震動(dòng)輸入名義峰值為0.3g，1表示該裂縫的編號(hào)為1；如表中0.3-1(0.8g)表示裂縫0.3-1在地震動(dòng)輸入名義峰值為0.8g時(shí)裂縫寬度或長(zhǎng)度有擴(kuò)展，其他編號(hào)與此類似。

破壞階段試驗(yàn)：模型2-1，江油波加載名義峰值加速度為0.8g，模型裂縫發(fā)展并增多，1.0g時(shí)破壞加??；模型2-2，臺(tái)面名義峰值加速度高達(dá)1.0g，模型裂縫發(fā)展也明顯增多，詳見圖9和表5。

從整體上看，2個(gè)模型的初裂和明顯破壞都相差0.2g，且模型2-2的初裂和試驗(yàn)終了的破壞程度都輕于模型2-1，這2個(gè)模型的初裂裂紋分布大部分出現(xiàn)在窗洞角和梁下，圈梁上也見裂紋，模型2-2橫墻中部有斜裂紋。

試驗(yàn)結(jié)束，2個(gè)模型均在基底名義加速度為1.0g時(shí)破壞，從圖8和圖9對(duì)照明顯可見：模型2-1破壞嚴(yán)重近于破碎，縱橫墻有多道斜向和交叉裂縫，墻體裂縫最寬達(dá)2 mm，外閃10 mm，圈梁有多道豎向裂縫，2道縱墻都有水平縫，構(gòu)造柱也有水平縫；模型2-2的破壞，前縱墻裂縫一般為窗角裂縫延伸的斜向和豎向裂縫，且上至圈梁，后縱墻裂縫在寬墻面上中部有豎縫向下斜裂和中部一小段水平縫，后縱墻另一半和內(nèi)橫墻(未畫出)未見裂縫，兩外山墻在木梁下有通長(zhǎng)裂縫，軸1橫墻兩上角有裂縫，橫墻裂縫都延伸到圈梁，構(gòu)造柱未見裂縫。

圖8 模型2-1裂縫分布Fig.8 Crack distributions of model 2-1

圖9 模型2-2裂縫分布Fig.9 Crack distributions of model 2-2

3 模型結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性及彈性反應(yīng)分析

3.1模型結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性

模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)過程中，用白噪聲對(duì)每一級(jí)數(shù)的地震作用加載后的模型進(jìn)行掃頻，目的是對(duì)模型動(dòng)力特性的變化情況進(jìn)行檢測(cè)。2個(gè)模型在各級(jí)地震加載后不同階段的基頻及阻尼比實(shí)測(cè)值如表6及圖10、11。

由圖10可見，2個(gè)模型的基頻隨激振強(qiáng)度的增大而衰減，模型2-1的X向頻率明顯小于Y向；模型2-2的X、Y向頻率大致相當(dāng)，X向稍大于Y向；2個(gè)模型Y向基頻也大致相當(dāng)，這表征兩模型結(jié)構(gòu)特性的不同與其剛度的變化。由圖11可見，阻尼比隨激振強(qiáng)度增大而增大，這主要是因模型破壞加重所致。2個(gè)模型的阻尼比相差不大，因所用材料相同。

表5 模型2-2裂縫長(zhǎng)度及寬度

表6 模型自振頻率和阻尼比實(shí)測(cè)值

圖10 模型自振頻率變化曲線Fig.10 Change curve of basic frequency

表7和表8列出在4種地震波輸入名義加速度峰值為0.1g、0.15g時(shí)，模型結(jié)構(gòu)的彈性反應(yīng)峰值加速度和與其相對(duì)應(yīng)的基底峰值加速度的動(dòng)力放大倍數(shù)，可見：

1)江油波在X向的結(jié)構(gòu)反應(yīng)比其他3種波要大得多。顯而易見，模型2-1的基頻為9.15 Hz，江油波的卓越頻率為9.9 Hz，兩者相接近，結(jié)構(gòu)反應(yīng)就大。而El-Centro波反應(yīng)譜的峰域區(qū)距模型結(jié)構(gòu)基頻較遠(yuǎn)，其結(jié)構(gòu)動(dòng)力放大倍數(shù)就小，為1.15，還不到江油波的一半；在Y向，江油波反應(yīng)雖仍最大，但不如X向，因其兩者頻率不如X向那樣接近，在Y向遷安波的反應(yīng)次之，也可見其頻率較接近。所以，選擇輸入波對(duì)模型結(jié)構(gòu)的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，是其成效的關(guān)鍵。

圖11 模型阻尼比變化曲線Fig.11 Change curves of damping ratio

3.2不同地震波下模型結(jié)構(gòu)的彈性反應(yīng)

2)模型2-2X向的結(jié)構(gòu)反應(yīng)，比模型2-1要小得多，動(dòng)力放大倍數(shù)還不到模型2-1的70%，且X、Y向的動(dòng)力放大倍數(shù)相當(dāng)，表明模型2-2的原型縱橫向墻體的抗震能力相當(dāng)，橫向抗震能力比模型2-1要強(qiáng)得多。

3)模型2-1的動(dòng)力放大倍數(shù)，尤其是X向，固然與頻率有關(guān)，同時(shí)還能看到，3個(gè)測(cè)點(diǎn)的反應(yīng)，中部比東、西兩端要大得多，而模型2-2反而要小些，這雖與測(cè)點(diǎn)放在墻體和柱頂有關(guān)，但不利的是，木屋蓋約束不了縱橫墻的出平面變形，加大了中部的動(dòng)力反應(yīng)。從圖8和圖9的裂縫分布明顯可見，由于出現(xiàn)平面變形，縱墻出現(xiàn)兩端的斜裂縫、中下部的水平縫、墻頂?shù)呢Q向斜縫。

表7 模型彈性階段X向加速度反應(yīng)

表8 模型彈性階段Y向加速度反應(yīng)

3.3加速度反應(yīng)和動(dòng)力放大倍數(shù)

兩個(gè)模型在各級(jí)地震動(dòng)輸入時(shí)，結(jié)構(gòu)上3個(gè)測(cè)點(diǎn)記錄到的加速度峰值列于表9和表10中，表中還列出了這3個(gè)測(cè)點(diǎn)的均值，及其與基底加速度峰值的比值，即動(dòng)力放大倍數(shù)。

圖12 (a)～(d)分別繪出了這2個(gè)模型橫向(X)和縱向(Y)結(jié)構(gòu)反應(yīng)加速度與基底加速度峰值的關(guān)系。這2個(gè)模型的關(guān)系曲線差異甚大，從3個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值曲線可見，模型2-1呈二次曲線，而模型2-2近直線，這表明兩個(gè)模型結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性不同。模型2-1可似為單層空曠房屋，兩端有山墻的兩跨排架，在墻體破碎前，中間振幅變形大于兩端，加速度也大于兩端，這從圖12(a)、(b)明顯可見。在圖12(b)中還可看到，后縱墻測(cè)點(diǎn)(東北墻角)加速度小于開門窗的前縱墻(西南墻角)，顯然，模型2-1存在扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。而圖12(c)中模型2-2增加了內(nèi)橫墻，改變了結(jié)構(gòu)體系，在墻體明顯開裂前，3道剛性橫墻上的3個(gè)測(cè)點(diǎn)差異甚小，中間測(cè)點(diǎn)的加速度峰值要稍小一點(diǎn)，這是角部有局部效應(yīng)，故反而稍大一點(diǎn)。但從圖12(d)所見，中間測(cè)點(diǎn)仍大于兩角，表明增加的內(nèi)橫墻對(duì)非剛性木屋蓋，抗側(cè)力作用不大。從墻體裂縫形態(tài)也顯而易見，模型2-1縱墻裂縫由出平面振動(dòng)所致使。

模型結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)的動(dòng)力放大倍數(shù)，與輸入地震波的譜特性、結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性及其破壞程度密切相關(guān)。從圖13所見動(dòng)力放大倍數(shù)的趨勢(shì)，在彈性階段初期是上升的，這與結(jié)構(gòu)和譜特性有關(guān)；其后，模型2-1的放大倍數(shù)隨墻體開裂的加劇而衰減，且在彈性階段到初裂，模型2-1的動(dòng)力放大倍數(shù)大于模型2-2；模型2-2的橫向動(dòng)力放大倍數(shù)，加載過程均在1.5左右；模型2-2縱向在結(jié)構(gòu)反應(yīng)為0.3g時(shí)(名義輸入為0.5g～0.6g)，模型墻體初裂，放大倍數(shù)曲線有個(gè)高跳。

表9 模型破壞階段X向加速度反應(yīng)

表10 模型破壞階段Y向加速度反應(yīng)

3.4模型結(jié)構(gòu)位移反應(yīng)

2個(gè)模型測(cè)得的橫向(X)和縱向(Y)層間位移列于表11、12。層間位移與基底加速度峰值的關(guān)系曲線見圖14。由圖表可見，有內(nèi)橫墻的模型2-2的橫向?qū)娱g位移只有模型2-1的15%，進(jìn)一步看到2個(gè)模型結(jié)構(gòu)類型的不同，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)不同，這也進(jìn)一步表明模型2-2的抗震性能比模型2-1要好。2個(gè)模型縱向?qū)娱g位移都比橫向小得多，尤其是模型2-1。由于層間位移值是兩大數(shù)相減所得的小數(shù)，離散較大。

圖12 模型屋頂加速度峰值變化曲線Fig.12 Change curves of model roof’s acceleration peak

圖13 模型動(dòng)力放大系數(shù)變化曲線Fig.13 Change curves of model dynamic magnification coefficient

圖14 模型層間位移變化曲線Fig.14 Change curves of model’s storey displacement

表11 模型2-1位移反應(yīng)

表12 模型2-2位移反應(yīng)

4 結(jié)論

1)相比于模型2-1，模型2-2設(shè)置了構(gòu)造柱圈梁抗震體系，增加了內(nèi)橫墻，且用打包帶網(wǎng)內(nèi)外加固，試驗(yàn)過程中表現(xiàn)出了較好的抗震性能，這對(duì)擬建民居和已建民居的加固都具有重要借鑒意義。對(duì)于傳統(tǒng)空曠民居，新建時(shí)不應(yīng)采用無內(nèi)橫墻方案，加固時(shí)宜增加內(nèi)橫墻；而對(duì)于有內(nèi)橫墻，且采用構(gòu)造柱圈梁抗震體系的民居，這種房屋本身抗震能力就很強(qiáng)，對(duì)于新建民居可不需再用打包帶網(wǎng)加固，在高烈度區(qū)其抗震能力是可滿足的，而對(duì)已建民居可以用低價(jià)的打包帶網(wǎng)加固，并要用高強(qiáng)度砂漿抹面使之成整體。

2)2個(gè)試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀捎谠趯?shí)驗(yàn)室施工，施工質(zhì)量比較好，而且所用砂漿強(qiáng)度也較高；打包帶網(wǎng)加固制作也比較致細(xì)，對(duì)模型2-2墻體的傷害不大；承重墻體與屋蓋檁條的連接，試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀么罱雍拖旅鎵|板方式，但仍在連接的部位出現(xiàn)裂縫，屋蓋體系的產(chǎn)生整體性震害。結(jié)構(gòu)的木梁與木柱的連接，木柱與基礎(chǔ)的連接，模型加工過程中均采用了加強(qiáng)措施，試驗(yàn)沒有產(chǎn)生破壞。這些連接部位在大量村鎮(zhèn)民居建筑中都應(yīng)加強(qiáng)，并注重施工質(zhì)量的監(jiān)督，這也是建筑抗震抗倒措施的重要的部分。

3)西藏自治區(qū)拉薩市當(dāng)雄縣擬建的傳統(tǒng)建筑形式的60 m2民居，采用構(gòu)造柱圈梁抗震體系增強(qiáng)，可達(dá)到村鎮(zhèn)建筑9度抗震設(shè)防目標(biāo)，基本符合建筑抗震三水準(zhǔn)設(shè)防的要求。當(dāng)再增加內(nèi)橫墻改變結(jié)構(gòu)體系，更有利于抗震。如若房屋墻體再用打包帶網(wǎng)加固，抗震抗倒的能力更強(qiáng)，地震安全性更得以保障。

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Shakingtabletestofasingle-storymasonrystructurewithaseismicsystemofconstructionalcolumnandringbeaminahigh-intensityseismicregion

ZHOU Qiang1, CHEN Shan2, SUN Baitao2, YANG Yucheng2

(1.School of Civil Engineering and Architecture, Nanchang University, Nanchang 330031, China; 2.Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration, Harbin 150080, China)

This paper aims to research the aseismic performance of a single-story concrete block house that applies the aseismic system of constructional column and ring beam; this house is built in housing projects for farmers and herdsmen in the highly seismic region of Dangxiong, Tibet. This paper also discusses the influence of cross wall and packing belt reinforcement on the house. Shaking table tests of two one-third-scale models were conducted. Two models used a single-story masonry structure; one had no inner cross wall, and the other one had an inner cross wall and was reinforced with packing belts. The dynamic characteristics and aseismic response of models were evaluated under different earthquake levels. Results indicate that the building with the aseismic system of constructional column and ring beam can reach the IX degree seismic fortification goal of rural buildings and accord with the three-level requirement for seismic fortification of buildings. Earthquake resistance ability can improve with the addition of an inner cross wall or through reinforcement with a packing belt net. The results can provide a referential basis for seismic strengthening, design, and construction of comfortable housing projects for farmers and herdsmen in Dangxiong.

high-intensity seismic region; aseismic system of constructional column and ring beam; shaking table test; comfortable housing project of farmers and herdsmen; concrete block; masonry structure; aseismic strengthening; packing belt; Jiangyou seismic wave

10.11990/jheu.201609043

http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1390.U.20170816.1550.040.html

TU317.1 TU362 TU746.3

A

1006-7043(2017)10-1650-11

2016-09-13. < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期：2017-08-16.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51608249)；江西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(20161BBG70058)；南昌大學(xué)中青年教師出國(guó)研修計(jì)劃項(xiàng)目.

周強(qiáng)(1983-), 男, 講師，博士.

周強(qiáng)，E-mail:zhouqiang@ncu.edu.cn.