本刊“学术动态(Planning Reviews)”栏目,推介国内外学术书籍和文献报告、关注国际研究动态和前沿热点、分享规划案例研究。本期“城乡发展历史与遗产保护”专栏,与大家分享一份来自盖蒂保护基金会的研究报告。
(专栏编辑:袁菲)
历史性土坯遗址抗震改良工程建议的高级建模研究报告
来源:
http://www.getty.edu/conservation/publications_resources/pdf_publications/pdf/recommendations_advanced_modeling.pdf
晒干的泥砖或土坯,是拉丁美洲等地区最古老和最广泛使用的建筑材料之一。由于土壤容易获得、自建简单经济,许多发展中国家仍然使用土坯。此外,土坯住宅具有适当的热和声学特性。然而,它们极易受到地震的影响。墙体是生土建筑的主要结构构件,其地震易损性是其巨大质量导致高惯性力和抗拉强度极低的结果,正是因为抗拉强度低,从而产生脆性破坏并导致突然倒塌。在地震荷载作用下土坯结构的破坏模式取决于单元和砂浆的力学性能以及建筑物的整体几何形状。给定惯性力的大小和方向,相应的结构损伤包括建筑物部分中的面内破坏(摇摆、滑动、斜向拉力和脚趾压碎),以及通常在底部或中间高度形成的弯曲铰链线下的面外破坏。
1990年代,盖蒂保护研究所(GCI) 开展了一项重大的研究和实验室测试项目——盖蒂抗震土坯工程(GSAP),调查了历史土坯结构在地震中的性能,并开发了成本效益高的改造方法,基本保持了这些建筑物的真实性。这项研究的结果已经在英语和西班牙语的一系列出版物上发表。
2006年,GCI的生土建筑倡议组织了两次会议:盖蒂抗震土坯工程座谈会和历史土坯结构抗震加固新概念,重点讨论GSAP的实施。研讨结论认为,GSAP方法是优秀和有效的,然而该方法依赖于高科技材料和专业技术,阻碍了其更广泛地实施。
2007年8月15日,秘鲁皮斯科海岸附近发生8.0级地震,造成519人死亡,1 366人受伤。65万人受到影响,8万所住宅受损。2007年10月28日至11月2日,GCI召集了一个由国家和国际专家组成的多学科小组,对15 个历史遗址的损害进行了快速评估,以更好地了解这些遗址受损的问题。该评估是应前秘鲁民族文化研究所(INC)的请求而组织开展的。
根据GSAP的结论和Pisco地震评估的结果,GCI在2009年启动了地震改造项目(SRP),目的是采用GSAP技术,使许多国家可用的设备、材料和技术技能与土遗址更好地匹配。GCI与多方科研院所合作,针对秘鲁四座能够代表拉丁美洲各地不同类型的历史性土建筑,开展设计、测试和实施地震改造工程。使用当地可用材料技术和维护方案,改善土建筑的结构性能和安全性,同时将历史遗迹的损失降至最低。从2015年到2017年,米尼奥大学使用建模方法来理解SRP建筑原型的结构行为,并验证其后期设计的改造技术。该建模方法具有创新性,推进了土工结构分析领域,值得推广。
本刊是由盖蒂保护协会(GCI) 赞助出版的抗震改造项目(SRP) 系列文章中的第一部,旨在帮助结构工程领域的专业人士和研究人员使用先进的数值模拟技术评估历史性土结构。本系列其他报告还包括“原型建筑的建模”和“历史性土遗址结构分析的简化计算”。
除引言外,本刊由七章组成。第二章介绍了主要的结构分析方法,静态和动态的,以帮助读者用不同的技术,用于评估在不同负载条件下的结构。第三章提供有限元法(FEM) 的用户指南。有限元是评估建筑物结构性能的最常用技术,第三章从规划分析入手,通过对计算结果的解释,对如何使用这一数值工具给出了总体的看法和指导。第四章研究了材料的非线性行为,主要针对砌体结构,为土工场地的模拟提供了相关数据。此后,砌体被用来表示任何类型的单元组件(例如,粘土砖、石块或土坯)。此外,夯土与土坯砌体的性能相似,所描述的模型也是适用的,因为它们都是基于低抗拉强度的假设。给出了不同的建模技术或均匀化技术,包括商业软件中可用的不同本构模型,并利用一个简单的例子进行了比较。第五章收集了有关土坯砌体力学性能的现有信息。由于土质特性和砌筑工艺不同,土坯砌体的力学性能变化范围很大。虽然有一些规范文献对砌体的力学性能具有参考价值,但在大多数情况下,对历史砌体和土工砌体的规定较少。本章为读者提供了现有报道和标准化的土坯砌体力学性能的总结。最后,第六章和第七章给出了使用数值模拟技术评估土坯结构的应用实例。第六章以某土坯房屋为例,在PUCP的振动台上进行了实验室环境下的测试。这个例子显示了先进的数值模拟技术如何能够复制这些元件的结构行为。第七章给出了一个真实的土坯结构(秘鲁圣地亚哥Apóstol de Ku?otambo教堂) 的例子,以突出对历史泥土建筑建模时的关键点和难点。第八章综述对历史性土结构建模的主要结论和建议。
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