预制板现浇混凝土叠合层加固砌体教学楼的抗震性能分析(2)
砌体教学楼的横墙与纵墙在汶川波地震作用下不同响应的分析如下:
(1)图3表明,纵墙的加速度总小于横墙,由于楼盖平面外刚度不足,两者的加速度在地震初期之后并不同步。
(2)图4~6同样说明,在汶川地震波下砌体教学楼纵墙的y方向变形始终大于横墙的y方向变形,峰值时纵墙变形为横墙变形的137.5%。从位移角峰值的对比可以看出,每层纵墙的位移峰值均比横墙大2~3倍。
(3)图7中的纵墙剪力很小,剪力最大值为377.3kN,横墙仍然承担了绝大部分基底剪力,剪力最大值为2482.3kN。
(4)横墙的主拉应力最大值为1.49MPa,纵墙的主拉应力最大值为0.68MPa。
2.3加固后的结构有限元分析
为模拟现浇混凝土叠合层的加固效果,本文中利用壳单元Shell181模拟现浇混凝土叠合层,利用其填充原预制板拼接缝。表2为加固后砌体结构教学楼的前6阶模态。砌体房屋经现浇混凝土叠合层加固后,因为结构形式及结构的主要抗侧力构件--横向及纵向砌体墙并未改变,因此其动力特性与未加固结构保持一致,其前4阶模态和自振频率与未加固结构基本相同,只有第5阶模态由y方向二阶平动变为x方向三阶平动,由于第5阶模态自振频率较高,其他地震中参与系数非常小,故对结构的地震响应影响不大。图12~21为加固后结构的试验数据。
教学楼顶层y方向最大位移为28.4mm,墙体倾斜率为0.161%,比未加固前减小42.16%。结构
5.42sAfterStrengthening的速度时程与加速度时程均比未加固时减小,最大速度由0.6343m·s-1减小到0.4647m·s-1,最大加速度由39.86m·s-2减小到35.38m·s-2,分别减小了26.74%和11.24%。
图14~16非常明显地体现了现浇混凝土叠合层加固对墙体变形的约束作用,纵墙和横墙变形基本同步。在图14中,纵墙与横墙的变形时程几乎完全重合,由此可见,加固的效果十分明显。
从图18可以看出,砌体结构的平面外变形基本一致,在地震作用下楼盖的变形基本保持不变。图19~21均可以说明,楼盖和屋盖经过增设现浇层加固后横墙墙体应力增大,塑性变形区域增大,塑性应变也随之增大;纵墙的应力大幅减小。
3结语
(1)加固后,横墙与纵墙的加速度基本一致,两者差异较小,并且横墙的加速度与纵墙的加速基本上同时达到各个峰值。而在加固前,横墙与纵墙的加速度存在差异,纵墙并不能通过屋盖系统与横墙变形保持一致,纵墙的加速度在地震作用阶段中总小于横墙。
(2)现浇混凝土叠合层加固后,纵墙变形有所减小,汶川地震波作用下变形由49.1mm减小到28.4mm。这是由于屋盖系统的平面外刚度提高,使其变形受到约束。同时,横墙的变形同样有所减小,变形由35.7mm减小到27.6mm。
(3)在纵墙侧向变形减小的同时,墙体应力也随之减小。加固前,纵墙的主拉应力在汶川地震波作用下为0.68MPa,加固后减小到0.4MPa。但是横墙的应力变化很小,加固前主拉应力为1.49MPa,加固后为1.67MPa。
参考文献:
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