基于Pushover的农村砌体结构抗震评估研究

发布时间：2018-04-23 22:21

本文选题：农村砌体房屋 + Push-over分析　；参考：《南京农业大学》2015年硕士论文

【摘要】：我国是砌体结构应用大国,尤其受人口、土地、经济发展等限制,砌体结构房屋在农村乡镇建设中应用广泛。研究显示,多数农村砌体结构房屋不满足抗震设防要求,地震作用下引发房屋坍塌等次生灾害较为严重,是最普遍的受损结构形式且震害影响最大。因此,评估分析砌体房屋抗震承载能力,对降低震害损失、保证生命财产安全具有现实意义。基于性能的抗震分析研究是目前工程抗震领域的主流思想,其在钢结构和混凝土结构中应用较广,而对砌体结构的研究相对较少。本文运用ABAQUS分析软件建立砌体结构三维有限元分析模型,基于Push-over分析方法得出地震作用下结构损伤、裂缝分布以及荷载位移曲线等地震响应,描述农村砌体结构抗震性能水平,结合能力谱法计算不同地震作用下结构各楼层层间位移角,以层间位移角为量化指标做出结构抗震性能评估,通过研究得出以下结论:(1)确定模型Push-over分析水平荷载采用倒三角分布模式。Push-over分析法是建筑抗震性能评估的重要手段,水平荷载加载模式对模型计算结果影响较大,研究得出地震作用下砌体结构以第一振型为主,可以忽略高阶振型的影响。对比目前水平荷载模式得出,倒三角加载模式适用于第一振型为主导结构的抗震分析,且能够近似包络地震过程中惯性力沿结构高度实际分布情况。(2)提出砌体结构抗震性能水平划分标准。总结我国农村砌体结构破坏特征及震害机理,得出农村砌体房屋结构建筑材料呈脆性、整体连接差,容易在结构薄弱、受力复杂以及连接不牢固部位产生破坏。参照国内外相关抗震规范,结合已有研究成果,依据农村砌体结构震害分析,将砌体结构性能水平划分为正常使用、中等破坏、生命安全三档,确定以层间位移角为抗震评估的量化指标,并给出各性能水平相应层间位移角限值。(3)确定砌体结构静力弹塑性分析模型。对比分析目前砌体结构弹塑性简化模型,结合农村砌体结构房屋特征,提出采用有限元模型进行结构静力弹塑性分析,并确定结构材料本构关系。基于已有砌体墙片试验数据,利用本文确定的有限元模型、材料本构关系以及水平荷载加载模式,通过ABAQUS分析软件对试验中砌体墙片进行Push-over分析,模拟得出砌体墙片裂缝分布、极限荷载及位移、粘滞阻尼系数及特征点刚度值,对比计算有限元分析结果与试验结果的误差,证明了本文分析模型的准确性和可靠性。(4)评估农村砌体结构房屋抗震性能。基于ABAQUS分析软件建立农村砌体房屋有限元分析模型,依据本文材料本构关系及水平加载模式进行Push-over分析。分析结构损伤得出,地震作用下结构开洞纵墙损伤大于未开洞横墙;因砂浆强度等级低结构底层损伤大于上层。由裂缝分布得出,裂缝主要集中在楼梯间及大开间墙体应力集中处,因缺乏圈梁等构造措施产生近似X裂缝;同时因开洞纵墙为"弱墙肢",窗间墙破坏较明显。当结构未开洞横墙主要承重时,结构最大层间位移角为1/501,不会发生倒塌;当结构开洞纵墙主要承重时,结构层间位移角达1/223,发生倒塌,结构不满足抗震设防要求。(5)分析结构材料参数及抗震措施对结构抗震性能的影响。基于算例抗震性能评估结果,结合砌体结构震害机理,以上述模型为初始模型,采用不同砂浆强度等级、是否设置圈梁构造措施的对比模型进行分析。结果表明,砂浆强度等级由M7.5提升为M10时,结构损伤度下降2.1%,基本设防和罕见地震下结构最大层间位移角分别减小24.2%和30.5%,不会发生倒塌;结构设置圈梁构造措施时,结构损伤度下降10.9%,基本设防和罕见地震下结构最大层间位移角分别减小30%和45.1%,不会引起倒塌。结构砂浆强度等级提高并设置圈梁构造措施时,结构损伤度下降17.4%,基本设防和罕见地震下结构最大层间位移角分别减小45.7%和63.2%,表明提升结构砂浆强度等级、设置圈梁构造措施对提高砌体结构抗震性能有显著作用。
[Abstract]:In this paper , based on the analysis of earthquake damage , distribution of cracks and load displacement curve , it is concluded that : ( 1 ) The seismic performance level of masonry structure can be neglected . ( 3 ) The elastic - plastic analysis model of masonry structure is determined . By comparing and analyzing the elastic - plastic simplified model of masonry structure , the finite element model is used to analyze the structure static elastic - plastic analysis , and the structural material constitutive relation is determined . ( 5 ) The influence of structural material parameters and anti - seismic measures on the seismic performance of structures is analyzed . Based on the results of seismic performance evaluation , the model is used as the initial model , the structural damage degree is decreased by 2.1 % , and the maximum inter - layer displacement angle of the structure is decreased by 2 . 1 % .

【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU352.11;TU364

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