無構(gòu)造柱退層式砌體民居抗震加固試驗(yàn)研究

俞瑞芳， 謝志強(qiáng)， 彭凌云， 俞言祥

(1.中國地震局地球物理研究所，北京 100081； 2.北京工業(yè)大學(xué)工程抗震與結(jié)構(gòu)診治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124)

無構(gòu)造柱退層式砌體民居抗震加固試驗(yàn)研究

俞瑞芳1， 謝志強(qiáng)2， 彭凌云2， 俞言祥1

(1.中國地震局地球物理研究所，北京 100081； 2.北京工業(yè)大學(xué)工程抗震與結(jié)構(gòu)診治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124)

針對無構(gòu)造柱退層式磚砌體自建民居的破壞形式，設(shè)計(jì)了綜合加固方案，即第一層退層處采用預(yù)應(yīng)力鋼筋、頂層粘貼碳纖維布進(jìn)行了民居加固。通過對加固后民居1/4模型的模擬地震動(dòng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)表明：(1)民居加固后能夠承受加速度峰值為0.5g的地震作用，抗震性能較加固前有明顯提升；(2)民居加固后的破壞形式為墻體開裂破壞、窗間墻破壞、墻角局部破壞等；第二層縱墻退層處開裂破壞嚴(yán)重，為整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱部位。此研究成果，可用于村鎮(zhèn)同類結(jié)構(gòu)形式民居加固方案研究與設(shè)計(jì)。

自建民居； 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)； 砌體結(jié)構(gòu)； 加固

引 言

受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和環(huán)境條件的限制，單層或多層磚房是村鎮(zhèn)自建民居中主要的結(jié)構(gòu)形式之一。由于國家未將村鎮(zhèn)自建民居納入規(guī)范管理，這些民居沒有經(jīng)過正規(guī)設(shè)計(jì)和施工，故存在不同程度的抗震能力薄弱等問題，當(dāng)遭受超過當(dāng)?shù)卦O(shè)防烈度的地震時(shí)，震害較為嚴(yán)重[1]。對中國南北地震帶上部分地區(qū)自建民居結(jié)構(gòu)形式的實(shí)地調(diào)研表明，在村鎮(zhèn)自建民居中，廣泛存在無構(gòu)造柱的磚混結(jié)構(gòu)自建房屋，由于民族傳統(tǒng)或習(xí)慣等原因，有些民居沿豎向剛度分布不均勻，抗震性能較差，在大震作用下可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重破壞。這些房屋由于其構(gòu)件類型、節(jié)點(diǎn)連接及結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有明確的力學(xué)參數(shù)，因此很難直接采用有限元分析從理論上對其抗震性能進(jìn)行分析。雖然已有學(xué)者在砌體結(jié)構(gòu)抗震方面進(jìn)行了廣泛研究[2-4]，但是大部分關(guān)于砌體的試驗(yàn)研究都是基于有構(gòu)造柱、整體形狀較為規(guī)則的結(jié)構(gòu)開展的，或者是取砌體的一面墻進(jìn)行分析，對實(shí)際大量存在的無構(gòu)造柱且沿高度依次退層的整體砌體結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究極少。

本文根據(jù)中國南北地震帶上的8度設(shè)防地區(qū)的民居結(jié)構(gòu)形式的實(shí)地調(diào)查結(jié)果，并參考相關(guān)部門對村鎮(zhèn)民居建設(shè)的指導(dǎo)意見[5]和國家標(biāo)準(zhǔn)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]，設(shè)計(jì)并加工了兩棟相同的退層式無構(gòu)造柱磚砌體民居結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀ζ渲幸粋€(gè)模型(下文記為“未加固模型”)直接進(jìn)行模擬地震動(dòng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，考察其在地震作用下的破壞模式和抗震性能；然后根據(jù)原結(jié)構(gòu)模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)另外一個(gè)模型的加固方案，并對其加固后的模型(下文記為“加固模型”)進(jìn)行模擬地震動(dòng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，考察加固方案對原結(jié)構(gòu)模型抗震性能的影響。原結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)在北京工業(yè)大學(xué)工程抗震與結(jié)構(gòu)診治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，結(jié)果表明未加固模型不能滿足8度設(shè)防地區(qū)“大震不倒”的設(shè)防水準(zhǔn)要求[7]，應(yīng)進(jìn)行加固改造。因此，本文的主要目的是對民居的加固方案進(jìn)行討論，并對加固模型完成模擬地震動(dòng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。

目前工程中常用的加固方法主要包括鋼筋混凝土外加層加固法、鋼筋水泥砂漿外加層加固法、增設(shè)扶壁柱加固法、無黏結(jié)外包型鋼加固法、預(yù)應(yīng)力撐桿加固法等[8]。由于碳纖維布加固具有施工簡便、高強(qiáng)度、高效率、不會(huì)增加構(gòu)件的自重與體積、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，采用碳纖維布對砌體進(jìn)行加固近年來也有較多的研究[9-12]。另外，為改善砌體結(jié)構(gòu)脆性性質(zhì), 根據(jù)砌體結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn),通過布置預(yù)應(yīng)力筋提高其抗剪能力也是較為有效的途徑[13]。

根據(jù)原結(jié)構(gòu)模型的試驗(yàn)結(jié)果，本文設(shè)計(jì)了同時(shí)采用碳纖維布和預(yù)應(yīng)力筋的加固方案。結(jié)合有限元分析和試驗(yàn)結(jié)果，對加固前后砌體民居破壞時(shí)的地震水平、破壞模式、裂縫發(fā)展過程和樓層剪力-層間位移滯回曲線等指標(biāo)進(jìn)行了較為詳盡的對比分析。結(jié)果表明本文采用的加固方案可以有效提高無構(gòu)造柱砌體民居結(jié)構(gòu)的抗震性能。本文的研究成果可為中國其他地區(qū)相近結(jié)構(gòu)形式村鎮(zhèn)建筑加固方案的研究與設(shè)計(jì)工作提供一定的參考。

1 民居加固試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)

1.1 加固模型設(shè)計(jì)

本文結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，縮尺比例1/4,其他動(dòng)力相似系數(shù)按文獻(xiàn)[14]的方法確定。縮尺模型的底層結(jié)構(gòu)平面尺寸2.6 m×2.6 m，二、三層逐步減小；層高0.75 m、板厚30 mm、墻厚60 mm、圈梁截面60 mm×60 mm(沿墻體滿布)；圈梁和混凝土采用C30普通硅酸鹽混凝土現(xiàn)澆，圈梁配筋4φ6(材質(zhì)HRB335)；墻體采用M10水泥砂漿和MU15黏土磚砌筑，其中磚塊由標(biāo)準(zhǔn)粘土磚沿長度方向分割為4份而得。砌筑成墻體后，墻體厚度是原來的1/4，砌塊高度不變，長度是原來的1/2(為保證切割后小砌塊的力學(xué)參數(shù)不發(fā)生明顯變化以及砌筑的施工質(zhì)量，試驗(yàn)中未對標(biāo)準(zhǔn)砌塊進(jìn)行更小的分割)。試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭腥斯べ|(zhì)量以配重塊的形式附加，分別為：265 kg(第一層)、202.5 kg(第二層)和82.5 kg(第三層)。

圖1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ虵ig.1 Test model

從水平地震作用的角度看，可將圖1所示的退層民居結(jié)構(gòu)看作是一根截面從固定端向自由端漸次減小的懸臂梁(如圖2所示)，因而二、三層的樓層重力q2和q3將對第一層所對應(yīng)的水平截面產(chǎn)生初始彎矩M。由于該結(jié)構(gòu)沒有設(shè)置構(gòu)造柱，砌體墻片的抗拉能力很弱，結(jié)構(gòu)的整體傾覆彎矩可能引起底層破壞，這和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)得到的結(jié)果是一致的。因此，加固方案首先考慮在底層設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力拉結(jié)筋，以改善底層的抗彎承載力。

圖2 結(jié)構(gòu)力學(xué)模型Fig.2 Mechanics model of structures

另外由于剛度的變化，分析和試驗(yàn)結(jié)果都表明第三層鞭梢效應(yīng)明顯，砌體墻片發(fā)生受剪破壞。因而本文加固方案考慮采用粘貼碳纖維布的方法對第三層進(jìn)行加固。

第一層預(yù)應(yīng)力裝置施工圖如圖3所示，即在墻上加一根鋼梁(60×200×2 200 mm3)，鋼梁下面墊3個(gè)鋼塊(60×100×200 mm3)用來將上部傳來的壓力平均分配到墻上。鋼梁和地基梁用兩根高強(qiáng)地腳螺栓連接，螺桿下部和地基梁中的預(yù)埋件連接，上部用螺栓與鋼梁連接，通過旋轉(zhuǎn)螺母來施加預(yù)應(yīng)力(每個(gè)螺栓加的力為1 t)，預(yù)應(yīng)力通過壓力傳感器來測量。

圖3 預(yù)應(yīng)力裝置施工圖(單位：mm)Fig.3 Prestressed installation construction (Unit: mm)

第三層粘貼碳纖維布的施工圖如圖4所示，碳纖維布全部采取封閉式包裹，纏繞一層，搭接長度足夠(≥10 cm)，加固所用的碳纖維布和黏結(jié)劑的力學(xué)性能指標(biāo)見表1。加固后的民居的試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D1所示。

圖4 碳纖維布加固施工圖Fig.4 Carbon fiber reinforced construction

表1 碳纖維布和黏結(jié)劑力學(xué)性能

Tab.1 Mechanical properties of carbon fiber cloth and binder

碳纖維布力學(xué)性能指標(biāo)黏結(jié)劑的力學(xué)性能指標(biāo)厚度0．111mm與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度1．9MPa彈性模量2．35×105MPa張拉剪切強(qiáng)度9．8MPa抗拉強(qiáng)度3400MPa彎曲強(qiáng)度39MPa極限拉應(yīng)變14800抗拉強(qiáng)度29MPa

1.2 測點(diǎn)布置

在每層布置了兩種不同量程的位移計(jì),即6個(gè)量程為10 mm的小位移計(jì)和6個(gè)量程為300 mm的大位移計(jì)，如圖5(a)所示。每層布置2個(gè)相同量程的加速度傳感器，并在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上布置一個(gè)加速度傳感器來記錄地面加速度時(shí)程，如圖5(b)所示。

圖5 試驗(yàn)系統(tǒng)布置圖Fig.5 Layout of the test system

1.3 試驗(yàn)加載方案

本次試驗(yàn)采用了表2所示的5種加載工況。振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面輸入的地震波采用南北向的El_Centro波，其周期(時(shí)間)按相似系數(shù)0.27進(jìn)行壓縮，加速度峰值按相似系數(shù)3.43放大。試驗(yàn)中，沿結(jié)構(gòu)橫向按加速度峰值0.686g，1.029g，1.372g，1.715g和2.0g調(diào)整輸入幅值，依次進(jìn)行加載，直到模型破壞。在每級(jí)加載前都用白噪聲激勵(lì)測試結(jié)構(gòu)相應(yīng)狀態(tài)的頻率。

表2 加載工況

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 動(dòng)力特性

如果將試驗(yàn)參考點(diǎn)測定的數(shù)據(jù)假定為輸入，響應(yīng)測點(diǎn)測定的數(shù)據(jù)假定為輸出，傳遞函數(shù)可表示為

(1)

圖6 白噪聲激勵(lì)下加固模型傳遞函數(shù)Fig.6 Transfer function under white noise input for strengthened model

2.2 破壞模式及損傷順序

當(dāng)輸入地震波的峰值加速度為0.686g時(shí)(工況1-2)，一層和三層橫向的窗間墻幾乎無裂縫出現(xiàn)，二層有少許微裂縫跡象；縱墻幾乎無開裂。如圖7所示。

圖7 破壞情況(工況1-2)Fig.7 Failure pattern for case 1-2

當(dāng)輸入地震加速度峰值增大到1.372g時(shí)(工況3-2)，一、三層縱、橫墻無明顯裂縫；二層裂縫位置增加，縱墻退層處開始出現(xiàn)一條水平裂縫，窗間墻出現(xiàn)細(xì)微斜裂縫，并且橫墻發(fā)展成了一條水平裂縫，與縱墻水平裂縫貫通。如圖8所示。

圖8 破壞情況(工況3-2)Fig.8 Failure pattern for case 3-2

當(dāng)輸入地震加速度峰值增大到1.715g時(shí)(工況4-2)，一層橫墻的窗間墻微裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，由于窗間設(shè)置過梁的原因，阻止了斜裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，而一層退層處縱墻出現(xiàn)輕微的水平裂縫；二層的第一條水平裂縫徹底貫穿墻體，縱墻退層處出現(xiàn)第二條水平裂縫并開始貫穿墻體，橫墻中由于剪力過大出現(xiàn)了一條貫穿性的斜裂縫，可能導(dǎo)致砌體從第二層倒塌；三層由于碳纖維布的作用，阻止了斜裂縫的發(fā)展。如圖9所示。

圖9 破壞情況(工況4-2)Fig.9 Failure pattern for case 4-2

當(dāng)輸入地震加速度峰值為2.0g時(shí)(工況5-2)，一層縱、橫墻裂縫無明顯擴(kuò)展，三層斜裂縫也無明顯擴(kuò)展；二層橫墻窗間墻處的水平裂縫和斜裂縫進(jìn)一步加劇擴(kuò)展，縱墻退層處開始出現(xiàn)第三條水平裂縫，且縱墻北面的墻也開始出現(xiàn)水平裂縫，這說明第二層發(fā)生嚴(yán)重的錯(cuò)層，臨近倒塌。如圖10所示。

圖10 破壞情況(工況5-2)Fig.10 Failure pattern for case 5-2

2.3 樓層位移和加速度響應(yīng)

表3給出了在不同地震強(qiáng)度加載情況下，試驗(yàn)?zāi)Ｐ透鲗蛹铀俣群臀灰祈憫?yīng)的峰值，其中括號(hào)中的數(shù)字表示右側(cè)傳感器測到的結(jié)果。可以看出工況1-2時(shí)，層間位移相對較小，結(jié)構(gòu)破壞程度也很小。隨著輸入峰值加大，層間位移增大較快，左右兩邊的位移差也變大，結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，結(jié)構(gòu)破壞程度加大，尤其是第二層層間位移增大明顯。當(dāng)輸入地震加速度峰值為1.715g時(shí)，二層位移突增，當(dāng)輸入峰值達(dá)到2.0g時(shí)，第二層位移繼續(xù)增大，并且時(shí)程曲線的平衡位置發(fā)生變化，如圖11所示。這說明第二層發(fā)生了嚴(yán)重的錯(cuò)層滑移，整體結(jié)構(gòu)臨近倒塌。

表3 加速度及位移響應(yīng)峰值

Tab.3 Peak value of acceleration and displacement responses

工況1?23?24?25?2加速度峰值/g1層0．49(0．49)1．40(1．40)1．60(1．80)2．20(2．50)2層0．62(0．55)1．50(1．46)1．90(1．70)2．50(2．80)3層0．82(0．73)2．20(1．96)2．80(2．20)4．50(3．60)位移峰值/mm1層0．015(0．052)0．16(0．45)0．50(1．50)0．65(1．55)2層0．054(0．021)0．60(0．30)6．20(5．20)8．40(8．50)3層0．021(0．050)0．15(0．38)0．30(0．62)2．50(0．25)

圖11 第二層位移時(shí)程曲線(工況5-2)Fig.11 Displacement of the second floor for case 5-2

2.4 樓層剪力-層間位移滯回曲線

將每層兩個(gè)加速度傳感器測得的加速度值取均值，得到第一、二、三層的加速度均值分別為a1，a2和a3。根據(jù)慣性力公式

(2)

可得到第一、二、三層的慣性力分別為F1，F(xiàn)2和F3，式中m為每層的質(zhì)量。那么底層剪力將為每層慣性力的和，即V=F1+F2+F3。

依據(jù)計(jì)算得到的底層剪力和傳感器記錄到的位移時(shí)程，就可以得到試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮?種強(qiáng)度等級(jí)的地震輸入下，結(jié)構(gòu)的底層剪力-層間位移滯回曲線。圖12給出了工況4-2和工況5-2時(shí)底層剪力-層間位移滯回曲線。可以看出，當(dāng)?shù)卣疠斎氲募铀俣确逯颠_(dá)到1.715g時(shí)，砌體底部剪力-底層位移的滯回曲線中已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的下降段，這表明結(jié)構(gòu)雖然沒有倒塌，但已經(jīng)處于極限狀態(tài)了；當(dāng)輸入峰值達(dá)到2.0g時(shí)，底層剪力承載能力的下降更為嚴(yán)重，幾乎為0，表明結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全喪失承載能力，面臨倒塌。

圖12 剪力-層間位移回滯曲線Fig.12 Hysteretic curve between shear and displacement

3 模型加固前/后試驗(yàn)結(jié)果的對比

3.1 自振頻率

圖13給出了民居模型加固前試驗(yàn)測得的自振頻率，前3階頻率分別為18.95，28.47和52.22 Hz。民居加固后前3階頻率分別為34.9,72.5和87.5 Hz(如圖6所示)。通過比較加固前后第一振型的頻率,可以看出加固以后砌體模型整體剛度變大。

圖13 白噪聲激勵(lì)下未加固模型傳遞函數(shù)Fig.13 Transfer function under white noise input for un-strengthened model

3.2 承載能力

表4給出了不同峰值加速度時(shí)程輸入下，民居加固前/后模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)測得的最大層間位移和加速度峰值，以及結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)。在加速度峰值為0.686g的地震作用下，未加固的房屋已經(jīng)開始進(jìn)入塑性階段，最大層間位移為0.26 mm，但加固后的結(jié)構(gòu)在此地震作用下，層位移較小，依然處于彈性階段；當(dāng)?shù)卣疠斎爰铀俣确逯翟龃蟮?.372g時(shí)，未加固房屋完全破壞，而加固后的房屋最大層間位移為0.6 mm，開始進(jìn)入塑性階段。從以上分析可以看出，本文采用的加固方案，能較好地改善結(jié)構(gòu)的抗震性能，減輕房屋的震害。

本文研究的退層磚砌體模型，未加固時(shí)1/4模型能夠承受加速度峰值為0.686g的地震作用(相應(yīng)的原型結(jié)構(gòu)能夠承受的加速度峰值為0.2g)，當(dāng)加速度峰值達(dá)到并超過1.029g時(shí)(相應(yīng)的原型結(jié)構(gòu)能夠承受的加速度峰值為0.3g)，結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，甚至倒塌，達(dá)不到8度設(shè)防地區(qū)“大震不倒”的要求[7]。加固后，民居1/4模型在加速度峰值為1.372g的地震作用下，開始進(jìn)入塑性階段，完全破壞所對應(yīng)的輸入加速度峰值為2.0g。通過分析可以看出，結(jié)構(gòu)加固以后，能夠承受加速度峰值為1.715g的地震作用，其相應(yīng)的原型結(jié)構(gòu)可以承受加速度峰值為0.5g的地震作用，能夠達(dá)到8度設(shè)防地區(qū)“大震不倒”的要求。

3.3 破壞模式

民居加固前，通過模擬地震動(dòng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)得出其破壞模式為：墻體開裂破壞、窗間墻破壞、梯間破壞、鞭梢效應(yīng)引起的破壞和墻角局部破壞等。其中第一層縱墻退層處由于沒有上部結(jié)構(gòu)自重的約束以及構(gòu)造柱約束產(chǎn)生開裂破壞，第三層鞭梢效應(yīng)影響破壞嚴(yán)重，為整個(gè)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)薄弱部位，如圖14(a)所示。民居加固后，試驗(yàn)分析得到的破壞模式為墻體開裂破壞、窗間墻破壞、墻角局部破壞等。但是第二層縱墻退層處由于沒有上部結(jié)構(gòu)自重的約束開裂破壞最為嚴(yán)重，為整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱部位，如圖14(b)所示。通過對退層砌體結(jié)構(gòu)加固前/后破壞模式的對比，可以看出加固后民居的破壞模式相對于未加固時(shí)發(fā)生了變化，由于對第一、三層進(jìn)行了加固，故第一層退層處的破壞程度相對較小，三層由于鞭梢效應(yīng)而導(dǎo)致窗間墻和樓梯間的破壞也大大減輕了。此時(shí)，未進(jìn)行加固的第二層，成為了新的薄弱部位。盡管如此，整體結(jié)構(gòu)的極限承載能力大大提高了。

表4 承載能力對比

圖14 結(jié)構(gòu)破壞模式對比Fig.14 Comparison of structural failure pattern

4 結(jié) 論

本文基于中國村鎮(zhèn)無構(gòu)造柱退層自建民居的抗震性能試驗(yàn)結(jié)果，完成了對該民居的加固方案設(shè)計(jì)，并對加固后的1/4民居模型進(jìn)行了模擬地震動(dòng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，主要結(jié)論如下：

(1)針對無構(gòu)造柱退層式砌體自建民居的破壞形式，采用了綜合加固方案，即在底層退層處采用預(yù)應(yīng)力鋼筋增加豎向拉結(jié)力，在第三層粘貼碳纖維布阻止由于鞭梢效應(yīng)而產(chǎn)生裂縫發(fā)展。民居加固以后，試驗(yàn)分析其1/4模型能夠承受的地震加速度峰值為1.715g，即相應(yīng)的原型結(jié)構(gòu)能夠承受加速度峰值為0.5g的地震作用。通過與未加固模型試驗(yàn)結(jié)果的對比，表明本文采用的加固方案有效地提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能；

(2)民居加固后的破壞形式為墻體開裂破壞、窗間墻破壞、墻角局部破壞等。由于第一層和第三層進(jìn)行了加固，而第二層縱墻退層處沒有上部結(jié)構(gòu)自重的約束，開裂破壞嚴(yán)重，成為整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱部位。

本文的研究成果可為中國其他地區(qū)同類型結(jié)構(gòu)形式村鎮(zhèn)建筑加固方案研究與設(shè)計(jì)工作提供一定的參考。

[1] 潘明輝，繆升. 從云南省大姚縣6.2級(jí)地震看我國小城鎮(zhèn)和村鎮(zhèn)房屋存在的抗震問題[J].世界地震工程, 2004, 20(4): 85—89.

PAN Minghui, MIAO Sheng. The anti-seismic problems of the existing buildings in the villages and towns of China from the earthquake of 6.2 magnitude in Dayao county of Yunnan province [J]. World Earthquake Engineering, 2004, 20(4): 85—89.

[2] 曹萬林，周中一，王卿，等. 農(nóng)村房屋新型隔震與抗震砌體結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J].振動(dòng)與沖擊，2011, 30(11):209—213.

CAO Wan-lin, ZHOU Zhong-yi, WANG Qing, et el. Experimental study on base vibration isolation and anti-seismic masonry structure in rural areas by shaking table test [J]. Journal of Vibration and Shock, 2011, 30(11):209—213.

[3] Dhanasekar M, Haider W. Explicit finite element analysis of lightly reinforced masonry shear walls[J]. Computer & Structure, 2008, 86(1/2):15—26.

[4] 黃維平,王連廣.人工質(zhì)量在磚混結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中的作用[J].地震工程與工程振動(dòng), 2001,21(3):99—103.

HUANG Wei-ping, WANG lian-guang. Effects of ballast on test of shake table for masoury structures[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2001,21(3):99—103.

[5] 玉溪市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì). 10J001玉溪市農(nóng)村民居地震安全工程通用圖集[S].云南：玉溪市建設(shè)局，2010.

[6] 國家標(biāo)準(zhǔn). GB50003—2011砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[7] 國家標(biāo)準(zhǔn). GB18306—2001地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[8] 丁紹祥. 砌體結(jié)構(gòu)加固工程技術(shù)手冊[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2008.

[9] 趙彤，張晨軍. 碳纖維布加固修復(fù)磚砌體的研究與工程實(shí)踐[J]. 建筑結(jié)構(gòu)，2002，32(3)：64—67.

ZHAO Tong, ZHANG Chengjun. Research of carbon fiber sheet on repairing and strengthening the brick masonry walls[J]. Building Structure, 2002,32(3):64—67.

[10]羅滔，付蓓. 基于CFRP加固的砌體墻結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)研究[J]. 四川建筑科學(xué)研究,2014,40(2):91—94.

LUO Tao, FU Bei. Experiment research on mechanical behavior of brick masonry walls strengthened with CFRP[J]. Sichuan Building Science, 2014,40(2):91—94.

[11]原勝利. CFRP加固砌體結(jié)構(gòu)受力性能的有限元分析探討[J]. 特種結(jié)構(gòu)，2013,30(5)：116—118.

YUAN Shenli. The finite element analysis of mechanical behavior of masonry walls strengthed by CFRP [J]. Special Structures, 2013,30(5):116—118.

[12]張祥順,谷倩,彭少民. CFRP 對磚墻抗震加固對比試驗(yàn)研究與計(jì)算分析[J].世界地震工程, 2003，19(1)：77—82.

ZHANG Xiangshun, GU Qian, PENG Shaomin. Comparative experimental study of masonry walls strengthened by CFRP and computation model analysis[J].World Earthquake Engineering, 2003，19(1)：77—82.

[13]宋彧，周樂偉，原國華. 砌體結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力斜拉筋加固抗震性能試驗(yàn)研究[J]. 蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，34(5)：118—121.

SONG Yu，ZHOU Lewei, YUAN Guohua. Experimental investigation of aseismatic behavior of masonry envelopes strengthened with prestressed diagonal bar[J]. Journal of Lanzhou University of Technology, 2008，34(5)：118—121.

[14]呂西林，周德源.砌體結(jié)構(gòu)墻體模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)及其動(dòng)力相似關(guān)系[J].工程抗震,1993,9:12—16.

Shaking table test on strengthened self-built dwelling without structural column

YURui-fang1,XIEZhi-qiang2,PENGLing-yun2，YUYan-xiang1

(1.Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China;2.Beijing Laboratory of Earthquake Engineering and Structural Retrofit,Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

Based on structural failure pattern obtained from shaking table tests, a comprehensive strengthening layout for a typical self-building dwelling, the brick masonry building without structural columnwas designed. In this model, the first floor was strengthened by adopting prestressed steel and the top floor was pasted by carbon fiber sheet. The dynamic performance of the strengthened typical dwelling (1/4 model) was studied by shaking table test. The results show that (1) the strengthened dwelling is capable of withstanding earthquake action with acceleration peak of 0.5 g. The seismic performance of the dwelling is improved significantly compared to the original model. (2) The structural failure patterns of the strengthened dwelling includ wall cracking, destruction of the wall between the windows and localized corner damage. In addition, the wall of the second floor was severely damaged and is regarded as the weak point of the structure. In conclusion, the strengthening method suggested in this paper could apply to strengthening or retrofitting of the dwellings whose structural types are similar.

self-built dwelling； shaking table test； masonry structure； strengthen

2013-10-14；

2014-09-02

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51108429)；國家科技支撐項(xiàng)目(2012BAK15B01)；中國地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(DQJB11C22)

TU241.4；TU317.1

A

1004-4523(2015)03-0434-07

10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2015.03.013

俞瑞芳(1974—)，女，博士，副研究員。電話：(010)68729358；E-mail:yrfang126@126.com