基于ABAQUS的柔性连接增强型砌体填充墙抗震性能研究

发布时间：2020-05-12 10:27

【摘要】：填充墙框架结构是现代建筑的主要结构形式之一,具有建造方式简单、空间布置灵活等优点,应用及其广泛。但实际工程应用及大量震害资料表明,填充墙框架结构也存在许多问题。第一,以黏土砖为材料的传统填充墙自身刚度大、自重大、抗剪抗拉能力差,在地震下极易发生破坏;第二,填充墙与框架之间多采用刚性连接,导致填充墙和框架之间相互作用复杂,墙体会对框架内力分布造成难以预估的影响,使结构易发生严重破坏。因此提高填充墙自身的抗震性能、寻找合理的墙与框架框连接方式使之能满足抗震性能要求成为工程界一个需要迫切解决的问题。随着我国推行墙体材料革新,蒸压加气混凝土砌块因其轻质高强、绿色环保的优点,可同时满足强度和节能等要求,受到了市场认可和政府的重视。采用玄武岩纤维格栅代替蒸压加气混凝土砌块水平灰缝中的拉结筋既满足薄灰缝的节能要求,又可提高砌体的强度,因此本文在配玄武岩纤维格栅的蒸压加气混凝土砌块填充墙的抗震性能试验(陈国武,2017;罗明康,2018)研究的基础上,利用有限元软件ABAQUS,以这种增强型砌体填充墙为研究对象,对其平面内、平面外抗震性能分别进行研究,具体展开工作如下:(1)基于有限元分析平台ABAQUS,建立柔性连接的增强型砌体填充墙框架有限元模型。分别采用基于面的黏性接触单元和三维实体单元,对灰缝和砌块进行模拟,同时利用基于阻尼的线性弹簧单元,对墙框间柔性连接件进行模拟。(2)利用建立的有限元模型,对柔性连接的增强型填充墙试件在平面内、平面外受力破坏过程进行模拟,并且分别从模型破坏特征、失效模式,以及承载力、延性、刚度等角度,对比模拟结果与试验结果的吻合程度,验证本文采用的模型的合理性。(3)以填充墙与框架之间的约束条件为变量,分析不同墙框连接方式下增强型填充墙框架的平面内抗震性能。利用本文采用的有限元模型,从墙体塑性发展情况、损伤积累情况、承载力、延性、刚度退化情况等角度,对不同约束条件下墙体的平面内抗震性能展开对比分析。(4)在分析了填充墙平面外失效模式和平面外抗震性能影响因素的基础上,利用本文采用的有限元模型,从墙体变形、应力发展过程、墙体承载力及刚度等角度,研究墙框约束条件、墙体高厚比、砌块强度等级等因素对增强型砌体填充墙的平面外抗震性能的影响。(5)基于本文中以墙框约束条件为变量对填充墙框架平面内、平面外抗震性能影响的研究,对增强型砌体填充墙框架之间的柔性连接件提出初步设计建议。
【图文】：

框架结构,填充墙

构薄弱层破坏（戴君武等，2018；冯丽丽，2013）、如图 1-3 所示的墙体约束效应导致的框架短柱破坏（戴君武等，2018；冯学刚，2010）。相关研究表明（黄靓，2005；张玉平，2012；李大禹，2016），发生以上破坏形式的原因主要有三点：第一，填充墙自身刚度大、脆性性质明显，抗剪抗拉性能差，承载力低；第二，填充墙与框架之间采用斜砌顶紧的刚性连接砌筑施工方式时可视整体结构为一种框剪组合结构体系，填充墙在整体结构中作为嵌入式平面内抗侧力构件发挥作用，与框架共同承受水平地震。但由于钢筋混凝土框架结构延性好，受力时主要发生弯曲变形，而填充墙显著的脆性性质使其在平面内受力时主要表现为剪切变形，，墙框之间变形不协调，二者发生相互挤压时填充墙开裂退出工作，导致框架结构内力迅速增大甚至出现应力集中现象，不利于结构发挥抗震性能。第三，在对填充墙框架结构进行抗震设计时，通常不考虑填充墙对框架结构整体刚度的影响，视墙体仅起到空间分割和隔断的作用，认为填充墙对结构整体受力性能影响不大。忽视墙框互相作用，会使实际结构破坏与实际之间存在巨大差异，导致结构在地震中产生难以预测的严重破坏甚至倒塌。

框架结构,填充墙,刚度效应

剪组合结构体系，填充墙在整体结构中作为嵌入式平面内抗侧力构件发挥作用，与框架共同承受水平地震。但由于钢筋混凝土框架结构延性好，受力时主要发生弯曲变形，而填充墙显著的脆性性质使其在平面内受力时主要表现为剪切变形，墙框之间变形不协调，二者发生相互挤压时填充墙开裂退出工作，导致框架结构内力迅速增大甚至出现应力集中现象，不利于结构发挥抗震性能。第三，在对填充墙框架结构进行抗震设计时，通常不考虑填充墙对框架结构整体刚度的影响，视墙体仅起到空间分割和隔断的作用，认为填充墙对结构整体受力性能影响不大。忽视墙框互相作用，会使实际结构破坏与实际之间存在巨大差异，导致结构在地震中产生难以预测的严重破坏甚至倒塌。图 1-1 填充墙自身破坏
【学位授予单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU352.11;TU364

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