• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
  • EI Compendex
  • Scopus 收录
  • 全国中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

川西藏羌石砌民居建筑的抗地震倒塌性能

许浒 杜宁宁 余志祥 乔杨锴

许浒, 杜宁宁, 余志祥, 乔杨锴. 川西藏羌石砌民居建筑的抗地震倒塌性能[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(5): 1021-1029, 1046. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180441
引用本文: 许浒, 杜宁宁, 余志祥, 乔杨锴. 川西藏羌石砌民居建筑的抗地震倒塌性能[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(5): 1021-1029, 1046. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180441
XU Hu, DU Ningning, YU Zhixiang, QIAO Yangkai. Seismic Collapse-Resistant Performance of Stone Houses in Tibetan and Qiang Autonomous Prefectures of Western Sichuan[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(5): 1021-1029, 1046. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180441
Citation: XU Hu, DU Ningning, YU Zhixiang, QIAO Yangkai. Seismic Collapse-Resistant Performance of Stone Houses in Tibetan and Qiang Autonomous Prefectures of Western Sichuan[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(5): 1021-1029, 1046. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180441

川西藏羌石砌民居建筑的抗地震倒塌性能

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180441
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51408500)
详细信息
    作者简介:

    许浒(1985—),男,讲师,研究方向为工程结构抗震与新型防护结构,E-mail:xuhu@swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    余志祥(1976—),男,副教授,研究方向为结构工程,E-mail:yzxzrq@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: V221.3

Seismic Collapse-Resistant Performance of Stone Houses in Tibetan and Qiang Autonomous Prefectures of Western Sichuan

  • 摘要: 我国川西地区的传统藏羌石砌民居具有较高的文化遗产保护价值,但在近年来的历次地震中出现了大量破坏. 结合该类房屋的砌筑材料和建筑布置特征,对其抗地震倒塌性能进行研究. 首先,开展了3组黏土试件的无侧限抗压强度试验和一个1/2缩尺黏土-石砌墙体试件的水平抗剪承载力试验,并通过显式动力数值计算手段对试验过程进行模拟;其次,针对黏土和毛石材料均采用Holmquist-Johnson-Cook (HJC)本构模型,基于随机分布离散型有限元方法,根据实际墙体中两种材料的分布比例建立相应数值模型,并通过与模型试验结果的对比验证,明确了数值计算中的关键参数;在此基础上,对一典型二层平面L型缩进式民居结构进行动力时程分析计算,通过与实际震害情况的对比分析了其地震破坏机制,再现了地震倒塌全过程,并开展了结构的抗地震倒塌易损性分析,研究了不同晒台缩进面积的影响. 研究结果表明,在罕遇烈度下,平面L型缩进式结构中晒台面积比例由30%增加至45%时,结构倒塌概率增大16.7%,抗倒塌储备系数下降9%,对易损性曲线影响并不显著;但当晒台面积比例减小至15%时,二层墙体开洞率增大18%,导致结构的地震倒塌概率增加143%.

     

  • 图 1  典型缩进形式

    Figure 1.  Typical irregular layout

    图 2  民居碉房的震害情况

    Figure 2.  Seismic damage of residential stone houses

    图 3  黏土试件的破坏

    Figure 3.  Damage of clay specimen

    图 4  黏土-石砌墙体抗剪试验

    Figure 4.  Lateral shear capacity test of clay masonry wall specimen

    图 5  黏土试件有限元模型

    Figure 5.  Finite element model of clay specimen

    图 6  随机分布离散型墙体有限元模型

    Figure 6.  Randomly-distributed discrete finite element model of wall

    图 7  黏土试件抗压强度曲线

    Figure 7.  Compressive stress-strain curve of clay specimen

    图 8  墙体破坏形式

    Figure 8.  Damage mode of masonry wall specimen

    图 9  墙体抗剪强度曲线

    Figure 9.  Curves on shear strength of the wall specimen

    图 10  典型民居碉房模型

    Figure 10.  Model of typical residential stone house

    图 11  倒塌全过程

    Figure 11.  Process of structural collapse

    图 12  结构倒塌易损性曲线

    Figure 12.  Fragility curves for structural seismic collapse

    表  1  HJC本构模型参数

    Table  1.   Key parameters of HJC constitutive model

    参数 黏土 毛石 参数 黏土 毛石
    ρ/(kg•m–3 1 750 2 800 Smax 7 20
    G/MPa 71.4 1 357 Pcrush/MPa 1.19 81.5
    A 0.79 0.55 μcrush/× 10–3 3.57 12.9
    B 1.6 1.23 PLock/GPa 2 2
    C/× 10–3 7 9.7 μLock/× 10–1 1.74 1.74
    N 0.61 0.89 D1/× 10–2 4.87 4
    fc/MPa 0.99 67.92 D2 1 1
    T/MPa 0.042 2 K1/MPa 85 39
    ε0/× 10–6 1 1 K2/MPa –171 –223
    εf,min 0.01 0.01 K3/MPa 208 550
    下载: 导出CSV
  • 林建华,王全凤,施养杭. 石砌体结构抗震性能及其模糊抗震可靠度的研究[J]. 土木工程学报,1998,31(6): 40-48.

    LIN Jianhua, WANG Quanfeng, SHI Yyanghang. Study on the seismic behaviour and fuzzy earthquake-resistant reliability of stone masonry structures[J]. China Civil Engineering Journal, 1998, 31(6): 40-48.
    张淑娴. 粗料石砌体房屋振动台试验研究[D]. 南京: 东南大学, 2015
    陶毅,古金本,信任,等. CFRP网格加固震损多层砌体开洞墙体的抗震性能研究[J/OL]. 西南交通大学学报, 网络优先出版. (2018-05-22)[2018-08-01]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1277.U.20180522.2227.006.html

    TAO Yi, GU Jinben, XIN Ren, et al. Seismic performance of multi-storey masonry wall with opening repaired using CFRP grid[J/OL]. Journal of Southwest Jiaotong University, Network Priority Publishing. (2018-05-22) [2018-08-01]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1277.U.20180522.2227.006.html
    徐学书,喇明英. 羌族传统建筑抗震技术及其传承研究[J]. 西南民族大学学报(人文社科版),2009(2): 11-14. doi: 10.3969/j.issn.1004-3926.2009.02.003
    孙建刚,崔利富,王振,等. 藏族民居砌体材料物理力学性能试验研究[J]. 大连民族学院学报,2015,17(1): 61-64. doi: 10.3969/j.issn.1009-315X.2015.01.016

    SUN Jiangang, CUI Lifu, WANG Zheng, et al. Experiment research of stone masonry materials physical mechanic property of Tibetan folk house[J]. Journal of Dalian Nationalities University, 2015, 17(1): 61-64. doi: 10.3969/j.issn.1009-315X.2015.01.016
    杨惠晴. 藏族民居抗震性能数值仿真分析——以木堆藏寨194号为例[D]. 大庆: 东北石油大学, 2014
    刘伟兵,崔利富,孙建刚,等. 藏族民居石砌体基本力学性能试验与数值仿真[J]. 大连民族学院学报,2015,17(3): 252-256. doi: 10.3969/j.issn.1009-315X.2015.03.015

    LIU Weibing, CUI Lifu, SUN Jiangang, et al. Tests and numerical simulation of basic mechanical properties of Tibetan dwellings stone masonry[J]. Journal of Dalian Nationalities University, 2015, 17(3): 252-256. doi: 10.3969/j.issn.1009-315X.2015.03.015
    张先进. 汶川大地震对藏、羌村寨聚落的破坏与恢复思考[C]//中国民族建筑研究会学术年会暨第二届民族建筑(文物)保护与发展高峰论坛. 北京: 中国民族建筑研究会, 2008: 171-174
    中华人民共和国水利部. 土工试验方法标准: GB/T 50123—1999[S]. 北京: 中国计划出版社, 1999
    苗吉军,顾祥林,张伟平,等. 地震作用下砌体结构倒塌反应的数值模拟计算分析[J]. 土木工程学报,2005,38(9): 45-49. doi: 10.3321/j.issn:1000-131X.2005.09.008

    MIAO Jijun, Gu Xianglin, Zhang Weiping, et al. Numerical simulation analysis for the collapse response of masonry structures under erthquakes[J]. China Civil Engineering Journal, 2005, 38(9): 45-49. doi: 10.3321/j.issn:1000-131X.2005.09.008
    许浒,李勇志,雷敏,等. 群落生土建筑的抗地震倒塌加固措施[J]. 工程抗震与加固改造,2017,39(1): 135-142.

    XU Hu, LI Yongzhi, LEI Min, et al. A strengthening measure for seismic collapse resistance of the residential[J]. Earthquake Resistant Engineering And Retrofitting, 2017, 39(1): 135-142.
    李耀. 混凝土HJC动态本构模型的研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2016
    陕西省建筑科学研究院. 建筑砂浆基本性能试验方法标准: JGJ/T 70—2009[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1999
    方秦,孔祥振,吴昊,等. 岩石Holmquist-Johnson-Cook模型参数的确定方法[J]. 工程力学,2014,31(3): 197-204.

    FANG Qin, KONG Xiangzhen, WU Hao, et al. Determination of Holmquist-Johnson-Cook constitutive model parameters of rock[J]. Engineering Mechanics, 2014, 31(3): 197-204.
    于文. 新疆喀什生土石房屋模型振动台试验研[D]. 北京: 中国建筑科学研究院, 2007
    甄昊. 阿坝州生土石砌体结构在地震作用下的抗倒塌分析[D]. 成都: 西南交通大学, 2016
    工程地质手册编写委员会, 工程地质手册[M]. 3版. 北京: 中国建筑工业出版社, 1992: 214-216
    施景勋,卢志红,林建华,等. 对石墙抗震性能的研究和设计取值的建议[J]. 华侨大学学报(自然科学版),1993,14(2): 197-198.

    SHI Jingxun, LU Zhihong, LIN Jianhua, et al. Syudy on the antiseismic behavior of stone wall and proposal of the short-cut process in its design[J]. Journal of Huaqiao University (Natural Science), 1993, 14(2): 197-198.
    余卓群. 四川藏寨传统住宅述略[C]//中国民族聚居区建筑文化遗产国际研讨会论文集. 成都: [出版者不详], 2010: 119-123
    朱荣张. 马尔康直波藏寨民居建筑研究[D]. 西安: 西安建筑科技大学, 2012
    孙玉红,聂立武,韩古月,等. 地震作用下建筑结构倒塌失效准则分析[J]. 中外建筑,2011,35(18): 199-201.

    SUN Yuhong, NIE Liwu, HAN Guyue, et al. Analysis on the rules of architecture structure tumble invalidation earthquake function[J]. Chinese and Overseas Architecture, 2011, 35(18): 199-201.
    焦双健,冯启民,付长文,等. 钢筋混凝土框架结构地震破坏的计算机模拟方法[J]. 地震工程与工程振动,2002,22(2): 54-59. doi: 10.3969/j.issn.1000-1301.2002.02.009

    JIAO Shuangjian, FENG Qimin, FU Changwen, et al. Simulation method for earthquake damage to RC frames[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2002, 22(2): 54-59. doi: 10.3969/j.issn.1000-1301.2002.02.009
    中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑抗震设计规范: GB50011—2010[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010
    FEMA. NEHRP guidelines for seismic rehabilitation of builidings[R]. FEMA Report 273. Washington D. C.: Federal Emergency Management Agency, 1997: 2-10, 2-13
    李吉,刘如山,越潇. 结构抗震破坏准则研究综述[J]. 世界地震工程,2015,31(1): 262-263.

    LI Ji, LIU Rushan, YUE Xiao. Research summary of seismic failure criteria for structures[J]. World Earthquake Engineering, 2015, 31(1): 262-263.
    许浒, 余志祥, 康翔杰, 等. 多层砌体结构在地震中倒塌全过程数值模拟[J]. 建筑结构, 2012, 42(增刊1): 223-224

    XU Hu, YU Zhixiang, KANG Xiangjie, et al. Numerical simulation on collapse process of multistory masonry structure in earthquake[J]. Building Structure, 2012, 42 (S1): 223-224
    Applied Technology Council. Quantification of building seismic performance factors: FEMA P695[R]. Washington D. C., Federal Emergency Management Agency, 2009.
    陆新征,叶列平. 基于IDA分析的结构抗地震倒塌能力研究[J]. 工程抗震与加固改造,2010,32(1): 13-18. doi: 10.3969/j.issn.1002-8412.2010.01.003

    LU Xinzheng, YE Lieping. Study on the sesmic collapse resistance of structural system[J]. Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting, 2010, 32(1): 13-18. doi: 10.3969/j.issn.1002-8412.2010.01.003
    施炜,叶列平,陆新征,等. 不同抗震设防RC框架结构抗倒塌能力的研究[J]. 工程力学,2011,28(3): 42-43.

    SHI Wei, YE Lieping, LU Xinzheng, et al. Study on collapse-resistant capacity of RC frames with different sesmic fortification levels[J]. Engineering Mechanics, 2011, 28(3): 42-43.
  • 加载中
图(12) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  566
  • HTML全文浏览量:  319
  • PDF下载量:  20
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-29
  • 修回日期:  2018-08-10
  • 网络出版日期:  2019-04-28
  • 刊出日期:  2019-10-01

目录

    /

    返回文章
    返回