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屋面瓦片坠落机理振动台试验研究

振动台实验,非结构坠落物,瓦片坠落,视觉测量

  瓦片这种非结构性坠落物不仅造成房屋破坏，阻碍道路交通，影响灾后救援工作，而且还对人员安全产生威胁。因此，研究瓦片在地震中坠落机理具有重要意义。为研究地震作用下木结构房屋屋顶瓦片的动力学响应，采用振动台试验模拟不同地震波条件下瓦片的滑移与坠落特性。试验基于3.0m × 1.5m的木结构屋架，分别设置20°和30°两种屋顶坡度，加载四种不同动力特性的地震波，并在不同峰值地面加速度（PGA）下进行振动台实验。试验通过加速度传感器测量屋架的加速度响应，并结合视频测量记录瓦片的滑移和坠落轨迹。结果表明，坡度对瓦片坠落影响显著，30°屋架的瓦片坠落更早且数量更多。瓦片主要从屋檐处开始坠落，随后屋架其它瓦片逐渐脱落，最终呈“V”字形残留分布。速度曲线分析表明，瓦片滑移过程受到周期性激励与摩擦作用的影响。此外，近场地震波（如Kobe波）因其强脉冲特性导致瓦片短时剧烈地震动荷载下滑移，以较高速度坠落，其坠落物分布范围相较于其他地震动荷载下更大。而Chi-Chi波其长周期的特性使得瓦片的坠落率最高，证明非固定的瓦片这种非连接结构在经历位移的积累，表现出更强的滑移趋势，导致坠落的风险变大。本研究揭示了瓦片坠落的动力学机制，为传统木结构房屋的抗震设计提供了关键数据支持。