【摘 要】
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窑洞建筑是我国西北部黄土高原地区极具地域特色的典型传统民居类型,也是最古老的居住形式,其广泛分布于晋、陕、甘、豫和宁等省。迄今为止,在广大的黄土高原农村地区仍有相当一部分人居住在窑洞之中。由于近些年频发的地震等自然灾害,导致大量窑洞在不同程度上受损,这严重危及到当地居民的生命及财产安全,再加上当前国家实施精准扶贫及高烈度区农房抗震改造的重大战略,急需对分布广泛、居住量大、抗震能力差的石箍窑洞进行抗
【基金项目】
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陕西省科技统筹创新工程计划项目(2016KTZDSF04-04); 陕西省住房城乡建设科技科研开发计划项目(2019-K24);
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窑洞建筑是我国西北部黄土高原地区极具地域特色的典型传统民居类型,也是最古老的居住形式,其广泛分布于晋、陕、甘、豫和宁等省。迄今为止,在广大的黄土高原农村地区仍有相当一部分人居住在窑洞之中。由于近些年频发的地震等自然灾害,导致大量窑洞在不同程度上受损,这严重危及到当地居民的生命及财产安全,再加上当前国家实施精准扶贫及高烈度区农房抗震改造的重大战略,急需对分布广泛、居住量大、抗震能力差的石箍窑洞进行抗震加固研究。目前,关于窑洞建筑的研究大多数仍停留在材料物理力学性能、结构静力及动力有限元分析,而针对其进行抗震加固的理论及试验研究还相对较少,尤其是针对独立式窑洞抗震加固的模拟地震试验研究目前还尚属空白。为此,本课题组前期开展了独立式石箍窑洞模拟地震振动台试验,研究了其抗震性能。基于此,本文将进一步地对独立式石箍窑洞的抗震加固性能进行探索与研究。应用配筋砂浆带等加固技术对一缩尺比例为1:4的独立式石箍窑洞震损模型进行加固,并采用三维六自由度地震模拟振动台对抗震加固后的模型进行了El Centro Array#9波、LA-Hollywood Stor FF波和人工波等地震波输入下的试验,以观察其破坏过程及破坏形态,研究其动力特性与动力响应规律,分析其在地震作用下的扭转效应及耗能能力。试验研究结果表明:随着输入地震波峰值加速度的增大,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比和结构耗能逐步增大,加速度放大系数大致呈下降趋势;结构抗侧刚度及地震波间频谱特性的差异对模型的动力响应影响较大,对于加速度响应,在X向(面阔向)上LA-Hollywood Stor FF波引起的最大,而在Y向(进深向)上El Centro Array#9波引起的最大,窑脸侧拱券大于背墙侧拱券,中孔拱券大于边孔拱券,对于位移响应,中拱拱脚的相对位移值始终大于边拱拱脚,甚至大于边拱拱顶;在峰值加速度为1.0g(超过8度罕遇)的地震激励后,模型在X、Y向上的自振频率分别下降了21.8%和25.5%,结构顶部、拱顶和拱脚的X向已知最大侧移角分别达到了1/48、1/224和1/145,扭转角达到了1/208,结构局部破坏较严重,但整体仍未出现倒塌趋势,表明本文提出的方法对石箍窑洞的加固效果显著,加固后的石箍窑洞结构具有良好的抗震能力。在试验的基础上,利用有限元软件ABAQUS建立抗震加固后的独立式石箍窑洞模型,对其进行动力响应与地震破坏分析,并将数值模拟计算结果与试验结果进行对比,发现与试验结果较为吻合,验证了该程序对独立式石箍窑洞抗震加固模型进行地震作用下的动力分析的可行性。
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