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        超高延性混凝土加固磚木結(jié)構(gòu)抗震性能試驗(yàn)

        2022-09-21 00:53:14董方園蔣芳明余江滔朱奇云王漢鵬
        關(guān)鍵詞:臺(tái)面震動(dòng)層間

        董方園, 蔣芳明, 余江滔, 朱奇云, 王漢鵬

        (1.同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院,上海 200092;2.上海市房地產(chǎn)科學(xué)研究院,上海 200031)

        震害調(diào)查發(fā)現(xiàn),砌體結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度低,剛度大而整體性差。在小震作用下,砌體墻易開(kāi)裂。在大震作用下,砌體結(jié)構(gòu)的剛度會(huì)急劇下降,容易發(fā)生脆性整體破壞[1-4]。

        立帖式磚木結(jié)構(gòu)是江南和西南地區(qū)民居中最為常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式,其主要受力構(gòu)件為木梁、木柱,而填充墻多采用粘土磚砌筑而成。然而,這類建筑一般施工質(zhì)量較差,且結(jié)構(gòu)構(gòu)件常由于年久失修而老化損壞,因此需要后期的改建、加固來(lái)延長(zhǎng)其使用壽命[5-7]。由于早期建造的磚木結(jié)構(gòu)在當(dāng)時(shí)尚無(wú)抗震設(shè)計(jì)要求,所以這類建筑普遍抗震性能較弱。除此之外,這類傳統(tǒng)建筑具備優(yōu)良的歷史文化價(jià)值,在對(duì)其改建、加固的同時(shí)也要經(jīng)濟(jì)、有效地保護(hù)其原有的建筑外形與風(fēng)貌。傳統(tǒng)的水泥砂漿鋼筋網(wǎng)加固、碳纖維布粘貼等方式在經(jīng)濟(jì)性和外觀保護(hù)上都無(wú)法完全滿足以上要求,因此對(duì)新加固方式的需求已迫在眉睫。

        李曉琴等[8]對(duì)具有高延性的混凝土材料進(jìn)行了探索性研究。鄧明科等[9]亦指出高延性混凝土材料能夠提升砌體墻的抗震性能。同濟(jì)大學(xué)的Yu等[10]在2017年研發(fā)出了一種極限拉伸應(yīng)變可達(dá)8%、抗拉強(qiáng)度可達(dá)17 MPa的新型工程用纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料,并將其命名為超高延性混凝土(ultra-high ductile concrete, UHDC)。UHDC具有高抗拉強(qiáng)度、應(yīng)變硬化和細(xì)密裂縫開(kāi)展等優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度與高延性的匹配[11-12]。這些突破性的研究成果解決了混凝土脆性特征明顯的問(wèn)題,證明UHDC有應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固和無(wú)筋建造的潛質(zhì)[13-17]。

        為探究典型磚木結(jié)構(gòu)的抗震性能及UHDC加固磚木結(jié)構(gòu)的可行性,筆者所在研究團(tuán)隊(duì)對(duì)縮尺比為1/2的未加固立貼式磚木結(jié)構(gòu)模型和UHDC面層加固震損結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),對(duì)比分析了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性、破壞模式、位移響應(yīng)和基底剪力等抗震性能,驗(yàn)證了UHDC加固磚木結(jié)構(gòu)的有效性。

        1 試驗(yàn)概況

        1.1 模型設(shè)計(jì)與制作

        本文試驗(yàn)?zāi)P蜑槿_(kāi)間,七柱五落地,兩層立帖式磚木結(jié)構(gòu)帶后樓亭子間(見(jiàn)圖1)??紤]振動(dòng)臺(tái)尺寸和臺(tái)面承重,確定模型結(jié)構(gòu)的縮尺比為1∶2,尺寸和詳細(xì)信息見(jiàn)圖2,平面布置見(jiàn)圖3。圖中x向和y向分別為結(jié)構(gòu)的縱向和橫向。

        圖1 立貼式磚木結(jié)構(gòu)

        圖2 模型結(jié)構(gòu)的尺寸 (mm)

        圖3 模型結(jié)構(gòu)的平面布置 (mm)

        結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外墻厚度120 mm,內(nèi)墻厚度60 mm,框架柱采用直徑100 mm的圓木,框架梁采用40 mm×100 mm的方木,檁條為直徑90 mm 的圓木,椽為50 mm×50 mm的方木。門洞尺寸450 mm × 1 050 mm,窗洞尺寸有600 mm×750 mm和750 mm×750 mm兩種。場(chǎng)地類別為III類,設(shè)計(jì)分組為第一組。模型磚采用MU10青磚切割加工而成,切割后的尺寸為240 mm×120 mm×53 mm和120 mm×60 mm×48 mm,砂漿采用石灰水泥砂漿,實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度為3.2 MPa。試驗(yàn)?zāi)P驮谕瑵?jì)大學(xué)地震工程館制作完成。

        1.2 相似關(guān)系

        模型結(jié)構(gòu)的縮尺比為1/2,即長(zhǎng)度相似系數(shù)為1/2,材料彈性模量和應(yīng)力相似系數(shù)為1,加速度相似系數(shù)為1,由此確定其他的相似系數(shù),見(jiàn)表 1??s尺后的模型結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為22.15 t,為了準(zhǔn)確模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)的慣性力和重力, 需要在模型構(gòu)件上附加適

        表1 相似常數(shù)

        當(dāng)?shù)姆植假|(zhì)量。本試驗(yàn)?zāi)P透郊淤|(zhì)量均勻分布在樓面和屋面,依據(jù)結(jié)構(gòu)情況和樓屋面的有效面積,在樓面和屋面的附加總質(zhì)量分別為16.43 t和5.67 t,模型的總重為44.25 t。

        1.3 測(cè)點(diǎn)布置

        由于篇幅限制,本文主要分析布置在西面和東面的8個(gè)測(cè)點(diǎn)上由傳感器測(cè)得的位移響應(yīng)及相關(guān)結(jié)果,即圖4中的W1~W4和E1~E4點(diǎn)。在W1~W3和E1~E3的6個(gè)測(cè)點(diǎn)分別設(shè)置x向和y向的加速度計(jì)和水平位移計(jì),在E4和W4測(cè)點(diǎn)僅布置y向加速度計(jì)和位移計(jì)。未加固結(jié)構(gòu)、CFRP布加固結(jié)構(gòu)和UHDC面層加固結(jié)構(gòu)的測(cè)點(diǎn)布置方式相同。

        圖4 東、西面的測(cè)點(diǎn)布置

        1.4 模型加固方案

        在試驗(yàn)前和每次輸入地震動(dòng)后,對(duì)模型進(jìn)行峰值加速度為0.03g的白噪聲掃頻。第一階段,對(duì)未加固結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),結(jié)構(gòu)的基本情況見(jiàn)1.1節(jié)。地震動(dòng)峰值加速度依據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范DGJ 08-9—2013《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》[18]確定。未加固結(jié)構(gòu)依次經(jīng)受了7度多遇(峰值加速度=0.035g)、7度設(shè)防(0.100g)、7.5度設(shè)防(0.150g)地震動(dòng)。在設(shè)定的地震烈度下,由臺(tái)面依次輸入El Centro波、汶川波和上海人工地震波,下文相同,不再贅述。由于該結(jié)構(gòu)模式的原型房屋處于上海郊區(qū),因此本文在第3節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析時(shí),主要以輸入上海人工波時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,從而更加貼近房屋實(shí)際可能經(jīng)受的荷載效應(yīng)。

        第二階段,采用CFRP加固震損磚木結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)在第一階段震損開(kāi)裂后,對(duì)開(kāi)裂的木柱進(jìn)行套箍加固,套箍的間距為240 mm;對(duì)出現(xiàn)滑移和剪切開(kāi)裂的砌體墻,通過(guò)粘貼碳纖維布進(jìn)行加固,纖維布條等間距布置,條帶寬度和凈間距為10 cm。對(duì)CFRP加固模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二次振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面依次輸入7度多遇(0.035g)、7度設(shè)防(0.100g)、7.5度設(shè)防(0.150g)、7度罕遇(0.200g)、7.5度罕遇(0.280g)、8度罕遇(0.360g)和8.5度罕遇(0.460g)地震動(dòng)[19]。

        第三階段,拆除碳纖維布,使用UHDC對(duì)二次震損的模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固,為滿足提高抗震性能和保持原有建筑風(fēng)貌的雙重要求,僅對(duì)外墻的內(nèi)表面采用UHDC面層加固,面層設(shè)計(jì)厚度為15 mm;內(nèi)墻采用厚度為10 mm的UHDC面層進(jìn)行雙面加固;為了增強(qiáng)模型結(jié)構(gòu)的完整性,在二樓鋪設(shè)了厚度為20 mm的UHDC層。加固流程如下:1)在墻體中的明顯開(kāi)裂處進(jìn)行注漿灌封處理,見(jiàn)圖5 (a);2)墻面鉆孔、植抗剪銷栓,每隔四皮磚摳水平灰縫,摳縫深度1 cm;在墻體高度范圍內(nèi),每隔200 mm高度布置一排抗剪銷栓,抗剪銷栓的水平間距設(shè)計(jì)為900 mm,對(duì)于雙面加固的內(nèi)墻,抗剪銷栓穿墻布置;3)采用快速噴射技術(shù),在墻面噴射UHDC面層,結(jié)合人工抹面進(jìn)行抹平處理,見(jiàn)圖5 (c);4)在自然環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28 d后開(kāi)展振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面一次輸入7度多遇、7度設(shè)防、7.5度設(shè)防、7度罕遇、7.5度罕遇、8度罕遇和8.5度罕遇和9度罕遇和9度罕遇以上的地震動(dòng),相應(yīng)的峰值加速度分別為0.035g、0.100g、0.150g、0.200g、0.280g、0.360g、0.460g、0.560g和0.600g。文中僅給出了未加固結(jié)構(gòu)和UHDC加固后結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)結(jié)果。

        圖5 UHDC面層加固模型結(jié)構(gòu)的過(guò)程

        1.5 UHDC力學(xué)性能

        本文所用UHDC的組分均為國(guó)產(chǎn)原材料,包括P·O 52.5普通硅酸鹽水泥、石英砂、粉煤灰、聚乙烯纖維、水和化學(xué)外加劑等。UHDC的配合比如下,水泥∶粉煤灰∶砂∶水=1 000∶ 429∶429∶580,聚乙烯纖維的體積摻量為1.4%。UHDC的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線見(jiàn)圖6,平均峰值抗拉強(qiáng)度達(dá)6.7 MPa,對(duì)應(yīng)應(yīng)變?yōu)?.93%,大于GB 1499.2—2018規(guī)定的鋼材應(yīng)變下限值。在單軸拉伸荷載下,UHDC表現(xiàn)出多裂縫開(kāi)展和應(yīng)變硬化的特征,其破壞模式和裂縫見(jiàn)圖6,抗壓試驗(yàn)采用的是70.7 mm × 70.7 mm × 70.7 mm的立方體試塊,試驗(yàn)采用位移控制加載,測(cè)得28 d齡期的抗壓強(qiáng)度為37.4 MPa。此外,成型了100 mm × 100 mm × 300 mm的棱柱體試件,在7個(gè)月齡期時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和破壞模式見(jiàn)圖7,其抗壓彈性模量為17.9 GPa。

        圖6 UHDC的拉伸破壞模式和應(yīng)力-應(yīng)變曲線

        圖7 UHDC軸壓破壞模式和應(yīng)力-應(yīng)變曲線

        2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

        2.1 破壞模式

        對(duì)于未加固模型結(jié)構(gòu),輸入峰值加速度為0.150g的地震動(dòng)后,木柱裂縫擴(kuò)展明顯,砌體墻出現(xiàn)明顯的滑移裂縫,同時(shí),山墻頂?shù)南鄬?duì)位移突然增大。有一面填充墻喪失與木柱、梁的可靠連接,輕拍墻體頂部會(huì)出現(xiàn)輕微晃動(dòng),說(shuō)明墻體在地震作用下有發(fā)生平面外倒塌的可能性。

        對(duì)于CFRP修復(fù)模型結(jié)構(gòu),當(dāng)輸入峰值加速度為0.460g的地震動(dòng)時(shí),CFRP加固結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞。正立面門窗洞口角部有損傷,出現(xiàn)磚塊松動(dòng)、墻柱節(jié)點(diǎn)處砂漿剝落等破壞,見(jiàn)圖8 (a)。此外,二層?xùn)|立面出現(xiàn)沿灰縫開(kāi)展的剪切斜裂縫,東立面山墻上縱橫墻相交處出現(xiàn)豎向通縫,見(jiàn)圖8 (b)。結(jié)構(gòu)西立面的破壞模式見(jiàn)圖8 (c),木柱與墻連接處的砂漿有少量剝落,一層部分墻體發(fā)生剪切破壞。

        圖8 未加固結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)

        對(duì)于UHDC加固結(jié)構(gòu),在9度罕遇地震下,墻柱節(jié)點(diǎn)處砂漿剝落,結(jié)構(gòu)仍具有良好的完整性。結(jié)構(gòu)的破壞模式見(jiàn)圖9,只有在門窗角部的UHDC面層上出現(xiàn)一些細(xì)小的裂縫,二層?xùn)|立面的UHDC層出現(xiàn)了一些細(xì)小的剪切裂縫。試驗(yàn)結(jié)束后,結(jié)構(gòu)仍保持良好的整體性。

        2.2 結(jié)構(gòu)的自振頻率和周期

        未加固結(jié)構(gòu)和UHDC加固結(jié)構(gòu)的固有頻率和自振周期見(jiàn)表2。振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)前,未加固結(jié)構(gòu)x向頻率為7.41 Hz,y向頻率為3.27 Hz。x向的墻體數(shù)量比y向的多,所以x向的剛度比y向的剛度高,見(jiàn)圖3。由于UHDC的強(qiáng)度、剛度和延性均高于砌體,因此UHDC面層提高了模型結(jié)構(gòu)的雙向剛度。結(jié)果表明,UHDC加固結(jié)構(gòu)的x向和y向自振頻率分別是未加固結(jié)構(gòu)的1.78倍和1.65倍。

        表2 未加固結(jié)構(gòu)和UHDC加固結(jié)構(gòu)的自振頻率和周期

        每級(jí)地震動(dòng)輸入結(jié)束,通過(guò)白噪聲掃描得到了結(jié)構(gòu)自振周期變化,見(jiàn)圖10。UHDC加固結(jié)構(gòu)的周期隨臺(tái)面輸入地震動(dòng)的峰值加速度增加而增加,但增加幅度遠(yuǎn)小于未加固結(jié)構(gòu),表明UHDC加固結(jié)構(gòu)在地震作用下的剛度退化較小。此外,由于y向的結(jié)構(gòu)剛度遠(yuǎn)小于x向,故y向的自振周期增幅大于x向。

        圖10 未加固結(jié)構(gòu)和UHDC加固結(jié)構(gòu)的周期變化

        2.3 位移反應(yīng)

        結(jié)構(gòu)中各個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位移值等于絕對(duì)位移減去振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面在相同方向的絕對(duì)位移。第一層的位移為E1點(diǎn)和W1點(diǎn)實(shí)測(cè)相對(duì)位移平均值,第二層的位移位E3點(diǎn)和W3點(diǎn)的實(shí)測(cè)相對(duì)位移平均值。由于結(jié)構(gòu)模型的原型處于上海郊區(qū),所以本文以臺(tái)面輸入上海人工地震動(dòng)時(shí)的結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。不同水準(zhǔn)地震作用下,未加固模型結(jié)構(gòu)和UHDC面層加固模型結(jié)構(gòu)的x向和y向相對(duì)位移見(jiàn)圖11和圖12。一層的層間位移角為W1和E1測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位移均值與一層層高(基礎(chǔ)頂面到E1測(cè)點(diǎn)的高度)的比值,二層的層間位移角為W3和E3測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位移均值減去W1和E1測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位移均值后與二層層高(E1與E3測(cè)點(diǎn)的高度差)的比值。在臺(tái)面輸入上海人工地震動(dòng)的峰值加速度從0.035g增加到0.600g,未加固結(jié)構(gòu)和UHDC面層加固結(jié)構(gòu)的層間位移角見(jiàn)圖13。隨臺(tái)面輸入地震動(dòng)強(qiáng)度的增加,未加固結(jié)構(gòu)和UHDC加固結(jié)構(gòu)的層間位移角增大。

        圖11 結(jié)構(gòu)的x向相對(duì)位移 (臺(tái)面輸入上海人工地震動(dòng)時(shí))

        圖12 結(jié)構(gòu)的y向相對(duì)位移 (臺(tái)面輸入上海人工地震動(dòng)時(shí))

        圖13 x向和y向的層間位移角(臺(tái)面輸入上海人工地震動(dòng)時(shí))

        7.5度設(shè)防地震作用下,未加固結(jié)構(gòu)和UHDC加固結(jié)構(gòu)在W3測(cè)點(diǎn)的x向水平位移分別為71.12 mm和1.21 mm,在E3測(cè)點(diǎn)的x向水平位移分別為71.55 mm和1.34 mm。未加固結(jié)構(gòu)x向的最大層間位移角為31.07‰,而UHDC加固結(jié)構(gòu)x向的最大層間位移角僅為0.56‰,且UHDC層未出現(xiàn)明顯裂縫。即使在9度罕遇地震作用下,UHDC加固結(jié)構(gòu)在W3和E3測(cè)點(diǎn)的x向水平位移分別為7.42 mm和6.32 mm,最大層間位移角為3.96‰。遠(yuǎn)小于GB 50011—2011《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)底部框架砌體房屋的彈塑性層間位移角限值1/100[20]。

        對(duì)于結(jié)構(gòu)的y向,在7.5度設(shè)防地震作用下,未加固結(jié)構(gòu)和UHDC加固結(jié)構(gòu)在W3測(cè)點(diǎn)的平面外位移分別為19.70 mm和4.18 mm,在E3測(cè)點(diǎn)的平面外位移分別為19.44 mm和4.20 mm,UHDC結(jié)構(gòu)的最大層間位移角僅為1.78‰。在8度罕遇地震作用下,加固后結(jié)構(gòu)的最大層間位移角為20‰。

        在9度罕遇地震用下,UHDC加固結(jié)構(gòu)x向最大層間位移角遠(yuǎn)小于GB 50011—2011《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)底部框架砌體房屋的彈塑性層間位移角限值1/100[20]??梢?jiàn),UHDC面層修復(fù)后的立貼式磚木結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能,能夠滿足中國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的抗震要求。相同水準(zhǔn)地震作用下,未加固模型結(jié)構(gòu)的x向和y向相對(duì)位移均明顯大于UHDC加固結(jié)構(gòu)模型中相同測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位移,表明UHDC面層不僅起到修復(fù)震損結(jié)構(gòu)的目的,還提升了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度,使模型結(jié)構(gòu)能夠抵抗更強(qiáng)的地震作用。

        2.4 扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

        由于結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱,以及東立面和西立面結(jié)構(gòu)形式的差異,結(jié)構(gòu)的剛度分布不均勻,兩個(gè)立面相同高度處測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位移不同。因此,依據(jù)式 (1) 和式 (2) 計(jì)算了屋頂處的扭轉(zhuǎn)位移dt,x和扭轉(zhuǎn)位移角θt,max。臺(tái)面輸入峰值加速度=0.150g(7.5度設(shè)防)和峰值加速度=0.600g(9度罕遇)的上海人工地震動(dòng)時(shí),結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)位移時(shí)程曲線見(jiàn)圖14。

        圖14 扭轉(zhuǎn)位移時(shí)程曲線

        dt,x=de-dw

        (1)

        (2)

        式中:de和dw分別是從E3測(cè)點(diǎn)和W3測(cè)點(diǎn)獲得的相對(duì)位移;lx是模型結(jié)構(gòu)在x向上的長(zhǎng)度。

        結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下發(fā)生了一定程度的扭轉(zhuǎn),結(jié)構(gòu)的一層、二層和山墻頂處的x向扭轉(zhuǎn)位移見(jiàn)表3。由結(jié)果可見(jiàn),在7度多遇、7度設(shè)防和7.5度設(shè)防地震作用下,UHDC面層加固結(jié)構(gòu)的山墻頂處x向扭轉(zhuǎn)位移明顯小于未加固結(jié)構(gòu)的。當(dāng)加載至7.5度設(shè)防時(shí),未加固結(jié)構(gòu)和UHDC加固結(jié)構(gòu)的屋頂處最大扭轉(zhuǎn)位移分別為1.54 mm和1.34 mm,相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)位移角分別為1/3 010和1/3 480。

        表3 未加固結(jié)構(gòu)和UHDC面層加固結(jié)構(gòu)山墻頂處的x向扭轉(zhuǎn)位移

        8度罕遇,9度罕遇和9度罕遇+地震作用下,UHDC面層加固結(jié)構(gòu)的屋頂處最大扭轉(zhuǎn)位移分別為5.15 mm、10.59 mm和13.02 mm,對(duì)應(yīng)的扭轉(zhuǎn)位移角為1/661、1/439和1/357。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)隨著地震動(dòng)作用的增大而增大,結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)是不能忽略的,雖然UHDC層不能完全防止扭轉(zhuǎn)變形,但這種加固措施有效地提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能(包括抗扭轉(zhuǎn)性能)和整體性。

        2.5 基底剪力

        在上海人工地震動(dòng)作用下,未加固結(jié)構(gòu)和UHDC加固結(jié)構(gòu)一層的滯回曲線(基底剪力(Vb)與x向相對(duì)位移的關(guān)系曲線)見(jiàn)圖15。W為結(jié)構(gòu)總質(zhì)量,包括模型結(jié)構(gòu)質(zhì)量和配重。加載至7度設(shè)防和7.5度設(shè)防時(shí),未加固結(jié)構(gòu)的峰值基底剪力分別為72.2 kN和88.7 kN。此時(shí)未加固結(jié)構(gòu)的墻體受損嚴(yán)重,無(wú)法再承受更大的地震作用。而在相同強(qiáng)度的地震作用下,UHDC加固結(jié)構(gòu)的極限位移較小,但抗剪承載力遠(yuǎn)高于未加固結(jié)構(gòu)。可見(jiàn),UHDC層顯著提高了模型結(jié)構(gòu)的剛度和抗剪承載力。

        圖15 結(jié)構(gòu)的滯回曲線

        圖16對(duì)比了未加固結(jié)構(gòu)和UHDC加固結(jié)構(gòu)的基底剪力隨地震動(dòng)的變化規(guī)律。峰值加速度為0.150g和0.560g的上海人工地震動(dòng)下,加固結(jié)構(gòu)的峰值基底剪力分別達(dá)到79.5 kN和460.8 kN。結(jié)構(gòu)水平承載力隨著輸入地震動(dòng)峰值加速度的增加而增大。在第三階段,雖然UHDC加固結(jié)構(gòu)在地震作用下遭受了累積損傷,但其基底剪力未出現(xiàn)下降趨勢(shì),加固后結(jié)構(gòu)未達(dá)到極限狀態(tài),表明UHDC加固結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。

        圖16 基底剪力隨臺(tái)面輸入地震動(dòng)的峰值加速度的變化

        3 結(jié) 論

        對(duì)未加固和UHDC面層修復(fù)后的立貼式磚木結(jié)構(gòu)開(kāi)展了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面輸入El Centro、汶川和上海人工地震動(dòng),且針對(duì)房屋原型地處上海郊區(qū)的實(shí)際情況,主要選取輸入上海人工地震動(dòng)時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù),對(duì)結(jié)構(gòu)加固前后的動(dòng)力特性、位移反應(yīng)、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)和抗震承載力進(jìn)行了對(duì)比分析,主要結(jié)論如下:

        1) 在遭受7.5度設(shè)防地震作用后,未加固結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重,整體性能差,已不能抵抗較強(qiáng)的地震,需要進(jìn)行專門加固設(shè)計(jì)才能滿足結(jié)構(gòu)的安全性要求。在9度罕遇地震作用后,UHDC加固結(jié)構(gòu)的面層僅出現(xiàn)細(xì)密裂縫,未出現(xiàn)脆性破壞,且結(jié)構(gòu)保持了良好的完整性。

        2) 在相同強(qiáng)度的地震作用下,UHDC加固結(jié)構(gòu)在x、y方向的相對(duì)位移均顯著低于未加固結(jié)構(gòu)。由于模型結(jié)構(gòu)在西向和東向的結(jié)構(gòu)形式不同,結(jié)構(gòu)不可避免地發(fā)生了扭轉(zhuǎn),UHDC面層顯著提高了結(jié)構(gòu)的抗扭性能和變形能力。

        3) UHDC面層顯著提升了結(jié)構(gòu)的水平抗震承載力,在9度罕遇地震作用下,UHDC面層加固結(jié)構(gòu)的基底剪力達(dá)到460.8 kN。UHDC面層加固技術(shù)能有效地提高磚木結(jié)構(gòu)的抗震性能。

        UHDC加固結(jié)構(gòu)的抗震性能可以基本恢復(fù)到地震損傷前的狀態(tài),結(jié)構(gòu)整體滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo),UHDC面層對(duì)立貼式磚木結(jié)構(gòu)的加固效果良好,且施工簡(jiǎn)單,是一種經(jīng)濟(jì)可行的加固方式。

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