砌体墙抗震性能分析模型及其工程应用

发布时间：2018-08-01 11:07

【摘要】：我国在役民用建筑中,存在大量砌体结构和砌体填充墙框架结构房屋。对该类老旧建筑进行节能化成套改造是建筑领域节能减排的重要方面。根据我国现行相关规范,这些房屋在成套改造中很难通过结构安全性评估。如何对这类既有建筑的安全性和抗震性能进行合理评估,以及提供可靠的加固方案、分析模型和设计方法,目前仍然是各国学者研究的热点。本文首先基于精细有限元建模方法,运用ABAQUS软件对三组典型砌体墙试件进行了大量的有限元数值模拟,分别提出了考虑接触和摩擦的分离式三维实体单元,本构模型修正后的壳单元和考虑滞回性能的修正交叉杆模型,并与模型试验进行了系统性的对比。基于该工作本文提出了针对砌体墙的合理简化模型和分析方法,并对某实际工程进行了整体结构的抗震时程分析和加固改造后的安全性评估。通过本文研究,可以为老旧砌体结构及砌体填充墙结构的绿色节能改造、局部加固以及结构的安全评估提供相对可靠的分析模型和理论依据,为实际工程中选择合适的加固和改造方案提供参考。本文的主要研究内容分列如下:(1)基于等效斜压杆理论,对砌体填充墙进行数值模拟。运用改进后的等效斜压杆宽度计算公式,并考虑了砌体的滞回性能,建立较准确的分析模型,通过与已有试验结果的对比,验证了该模型的可靠性。然后,运用该模型系统分析了某多层填充墙框架结构在地震作用下的动力时程响应,并进行了比较研究。(2)基于三维实体单元和粘性接触界面,建立分离式的砌体墙精细模拟方法,与已有试验结果进行对比,验证模型的可靠性。在此基础上,提出一种基于壳单元的建模方法,并对砌体本构关系进行了修正。(3)根据某实际多层砌体房屋改造工程需求,采用基于壳单元的模拟方法,分别对其加层前后的结构进行地震弹塑性动力分析。根据分析结果,对结构纵墙方向进行加固,对比加固前后的地震响应,为实际工程中加固改造方案提供合理的建议。
[Abstract]:There are a large number of masonry structures and masonry infilled wall frame structures in civil buildings in service in China. It is an important aspect of energy saving and emission reduction in the field of building to transform the old buildings into energy saving sets. According to the relevant codes of our country, it is difficult to evaluate the structural safety of these houses. How to evaluate the safety and seismic performance of this kind of existing buildings reasonably, and to provide reliable reinforcement schemes, analysis models and design methods, is still a hot research topic of scholars all over the world. In this paper, based on the fine finite element modeling method, a large number of finite element numerical simulations of three groups of typical masonry wall specimens are carried out by using ABAQUS software, and a separate three-dimensional solid element considering contact and friction is proposed respectively. The modified shell element of the constitutive model and the modified cross-bar model with hysteretic performance are compared systematically with the model test. Based on this work, a reasonable simplified model and analysis method for masonry wall are put forward, and the seismic time history analysis of the whole structure and the safety evaluation after reinforcement and reconstruction are carried out for a practical project. The research in this paper can provide a relatively reliable analytical model and theoretical basis for the green energy saving reconstruction, local reinforcement and safety assessment of the old masonry structure and the masonry infilled wall structure. It provides a reference for the selection of appropriate reinforcement and reconstruction schemes in practical engineering. The main contents of this paper are as follows: (1) based on the equivalent oblique compression bar theory, the masonry infilled wall is numerically simulated. By using the improved formula for calculating the width of the equivalent oblique compression bar and considering the hysteretic behavior of masonry, a more accurate analysis model is established. The reliability of the model is verified by comparing with the existing experimental results. Then, the dynamic time-history response of a multi-story infilled wall frame structure under earthquake action is systematically analyzed by using the model. (2) based on three-dimensional solid element and viscous contact interface, the dynamic time-history response of a multi-story infilled wall frame structure is analyzed and compared. The fine simulation method of separated masonry wall is established and compared with the existing test results to verify the reliability of the model. On this basis, a modeling method based on shell element is proposed, and the constitutive relationship of masonry is modified. (3) according to the needs of a practical multi-story masonry building, a simulation method based on shell element is adopted. The seismic elastoplastic dynamic analysis of the structures before and after adding layers is carried out respectively. According to the analysis results, the longitudinal wall direction of the structure is strengthened, and the seismic response before and after reinforcement is compared, which provides reasonable suggestions for the reinforcement and reconstruction scheme in practical engineering.
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU352.11;TU364

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本文编号：2157374