针对村镇硬山搁檩结构的新型减震限位装置研发与应用

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在多次地震中,调研发现农村房屋的抗震性能较弱,其中硬山搁檩构造的传统民居震害严重。基于施工方便、就地取材等优点,硬山搁檩式的屋面构造在传统民居中被广泛使用。由于硬山搁檩屋盖与承重墙体仅通过木檩(木梁)穿墙搭接,木檩未被有效约束,在地震荷载作用下,极易发生木檩脱落或因应力集中造成墙体局部破坏,导致房屋局部倒塌。因此,增强该类房屋的抗震能力,既可以保护居民的生命财产,又有利于维护乡村传统的建筑风貌。调研了中国南方地区、中南部地区、以及中西部地区,发现硬山搁檩结构房屋多采用“穿衣戴帽”的加固手段,主要对墙体进行整体加固,并更换耐久性更好的琉璃瓦、树脂瓦等屋面材料。但该类加固方法施工成本高、工期较长,并且未能有效解决木檩与墙体搭接不牢的薄弱构造。本研究针对硬山搁檩式房屋的抗震安全隐患,提出一种新型的减震限位装置,布置于木檩与承重墙的搭接位置。该装置既可以限制木檩与墙体之间发生过大的相对位移,防止落梁;又增强了房屋整体韧性抗震作用,通过橡胶材料可以对房屋的纵向地震荷载起到减震作用,并解决了木檩与墙体连接位置的应力集中现象。研究通过系统的试验与数值模拟等手段,以江西省内硬山搁檩式屋面结构的典型砖木与生土房屋为研究对象,对比分析了既有房屋,传统方式加固后房屋,以及使用减震限位装置加固房屋的抗震性能与减震效果。提出适用于本地区硬山搁檩构造传统民居的有效加固手段。研究内容主要如下:1.利用有限元动力分析软件ADINA,建立三维非线性动力分析模型,分析既有砖木结构房屋的抗震性能与破坏特征,提出适用于硬山搁檩结构的新型减震限位装置,对比分析加固前后房屋的抗震性能。并且,进一步比较了传统与自主研发两种加固方式的效果与工作特性。2.采集江西省内生土材料,通过力学及相关材料试验,确定当地生土材料的力学性能,为精细化数值模拟工作提供相关数据。此外,通过系统的化学和物理改性试验确定生土的力学性能与材料延性,为提高材料强度与抗震性能提供参考。3.以江西省典型生土结构房屋为研究对象,讨论房屋加固前后的抗震性能,并对比不同加固方法的减震效果,确定适合生土结构房屋的抗震加固方法,为村镇房屋的危房改造工作提供进一步的理论支撑。
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