基于ABAQUS的轻钢构造柱式填充墙的力学性能研究

发布时间：2020-05-31 15:30

【摘要】：随着建筑物向超高层发展,框架结构有了更高的抗震要求。框架填充墙中,构造柱是一项极为有效的抗震措施。构造柱的合理设置,不仅能协助填充墙耗散更多地震能量,还能约束墙体在地震过程中发生倒塌以减少对人体的伤害。然而,现有的钢筋混凝土构造柱虽能满足当前工程条件,但施工工艺复杂、施工工期长、施工质量难以把控。本文提出的轻钢构造柱,现场安装便利、施工效果较好,同样能够提升填充墙的抗震性能,保证较好的耗能能力。因此,轻钢构造柱施工工艺作为一项新型的建筑技术,其研究能为我国实现绿色建筑产业发展提供一定的应用价值。本文课题来源为“砌筑填充墙速接式轻钢构造柱的应用研究”(2016-K5-039)项目,该项目被列为住房和城乡建设部2016年科学技术开发计划项目。本文根据该项目的试验成果,对轻钢构造柱的力学性能进行研究,主要做了以下工作:(1)结合试验实际条件,考虑试件的连接方式,选择了合理的砌体应力-应变关系,对比了整体式模型和分离式模型的适用情况,从而建立了试件的有限元模型。(2)从填充墙破坏特征、荷载-位移关系、构造柱的荷载-位移关系、拉结筋应力变化等方面验证了有限元模型的可靠性。同时从试验和数值模拟对比轻钢构造柱和钢筋混凝土构造柱的力学性能发现,轻钢构造柱和钢筋混凝土构造柱均能发挥各自的力学优势提高填充墙的承载力,轻钢构造柱和拉结筋约束填充墙的裂缝开展和倒塌的效果更好,而钢筋混凝土构造柱无法抑制填充墙裂缝的开展。(3)本研究采用拟静力加载方法,设计六个轻钢构造柱试件模型,对其滞回曲线、骨架曲线、刚度变化、延性系数和耗能能力等各项指标内容进行研究,得到相应滞回曲线的力学规律,为轻钢构造柱的抗震性能提供依据。通过论文研究结果可知,轻钢构造柱的合理设置,可避免填充墙的脆性破坏特征,表现较好的延性性能。从各项指标分析轻钢构造柱对填充墙的约束效果是有效的,并具有较好的抗震性能。
【图文】：

工作流程图,工作流程图

合肥工业大学硕士学位论文软件主要致力于结构线性分析，它在计算机资源的利用、用户界面开发、应用领域的拓展等方面做出了较大的贡献。ABAQUS 软件则致力于更复杂和深入的工程问题[13]，也常运用于结构的非线性有限元分析,包括复杂的固体力学和结构力学系统，相比其他有限元软件，ABAQUS 还能够驾驭非常复杂的工程问题和模拟高难度非线性问题，尽管目前研究和设计的高端用户群对模拟结果的预期颇高，但 ABAQUS 软件凭借强大的非线性分析功能得到了他们高度认可。根据本课题的研究目标和研究内容，考虑砌体材料的特殊性，为保证模拟结果尽可能与实际吻合，并且得出更精准的结论，本课题将选取 ABAQUS软件来进行有限元模拟分析相关工作。使用 ABAQUS 仿真软件进行结构分析时，一般需要进行以下工作：

分析模型,墙体

（a）分离式模型（b）整体式模型图 2. 2 同一墙体的两种不同分析模型Fig 2.2 Two different analytical models of the same wall2.2.3ABAQUS 软件的结构非线性分析应用原理ABAQUS 软件在结构非线性分析方面具有独特的计算优势，因为ABAQUS/Standard 分析模块（隐式分析求解器）可以采用 Newton-Raphson 算法解答结构的非线性问题。非线性问题主要表现为结构的刚度会随着其变形的变化而发生相应的改变，针对这一难题，ABAQUS/Standard 模块将计算过程划分为一定数量的增量步。每一增量步默认可允许的迭代次数，，如果计算结果收敛，若不收敛，程序会自动减小时间步长重新计算。每一增量步计算结果的总和即为非线性响应的近似解。本文考虑到往复加载作用下墙体的受力更易提取，因此采用隐式分析算法模拟地震作用下试验填充墙的拟静力过程，一定程度下提高了结果的准确性。2.2.4 有限元模型单元类型
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU392.5

【参考文献】