考虑墙-框连接方式的砌体填充墙框架结构有限元计算及试验对比

墙-框柔性连接可减小墙-框相互作用,减轻填充墙破损程度,其相关研究具有重要的理论和工程意义。针对砌体填充墙框架结构有限元建模问题,本着简单高效的原则,提出了一种考虑墙-框连接方式的有限元建模方法:采用平面应力单元模拟填充墙,非线性弹簧单元模拟填充墙与框架梁、柱的连接。在粉煤灰空心砌块砌体填充墙框架结构水平往复荷载试验的基础上,分别进行了刚性连接和柔性连接填充墙框架结构水平往复荷载作用下的有限元分析。计算结果表明:利用有限元建模方法计算得到的滞回曲线和试验滞回曲线吻合较好,能够有效模拟填充墙开裂及破坏过程,反应不同连接方案时墙-框相互作用的特点,为砌体填充墙框架结构提供了一种新的建模思路。     

再生空心砌块砌体填充墙-钢管再生混凝土框架骨架曲线模型研究

为研究再生空心砌块砌体填充墙-钢管再生混凝土框架的骨架曲线模型,设计制作了2榀试件并对其进行低周反复加载试验,获取其滞回及骨架曲线。在此基础之上,对试件的骨架曲线模型进行相关的理论分析,建立了再生空心砌块砌体填充墙—钢管再生混凝土框架的四折线骨架曲线模型。研究表明:试件的滞回曲线呈现为饱满的梭形,表现出了良好的抗震耗能性能;通过相关理论分析建立的四折线骨架曲线模型与试验实测骨架曲线吻合良好,可为该类结构在地震作用下的弹塑性地震反应分析提供相关参考。     

基于等效弹簧单元的砌体填充墙框架结构有限元分析

针对当前砌体填充墙框架结构数值模拟中缺乏简单有效的填充墙建模方法,缺少对填充墙-框架刚性连接和柔性连接的考虑等问题,提出了基于等效弹簧单元的填充墙框架结构有限元分析方法。首先,将填充墙框架结构拆分成空框架和等效约束填充墙,其中等效约束填充墙综合考虑了填充墙对框架柱的侧向约束,以及主体框架对填充墙的闭合约束;其次,在粉煤灰空心砌块墙体及砌体填充墙框架结构水平往复荷载试验的基础上,分析了墙-框刚性连接与柔性连接情况下等效约束填充墙的力学性能,提出了填充墙的滞回曲线模型及等效弹簧有限元分析模型;最后,分别进行了刚性连接和柔性连接填充墙框架结构水平单调荷载作用下的有限元试验拟合。计算结果表明:等效弹簧单元能够有效模拟等效约束填充墙的工作,且建模方式简便易行,特别适用于砌体填充墙框架整体结构的数值模拟分析。     

基于ANSYS自定义单元的半刚性梁柱节点抗震滞回性能模拟分析

采用峰值指向滞回模型模拟半刚性连接在循环荷载下的非线性行为,建立了能同时考虑几何、材料和连接非线性的精细塑性铰法平面梁柱单元模型,利用ANSYS用户可编程特性（UPFs）,对自定义单元进行编译并嵌入到ANSYS平台中。利用试验数据拟合得到滞回模型参数,经自定义单元进行分析计算,得到节点的载荷-位移滞回曲线。通过与试验结果对比分析表明:模拟结果与试验结果吻合良好,该单元模型具有很大优势,可用于半刚性梁柱节点的滞回性能分析。     

基于OpenSees的钢筋混凝土桥墩抗震数值分析模型

地震荷载作用下钢筋混凝土桥墩易发生严重破坏,模拟桥墩在循环荷载作用下的非线性滞回反应是桥梁抗震研究的重要内容。以8个发生弯曲破坏的钢筋混凝土桥墩抗震拟静力试验结果为依据,基于Open Sees中的非线性梁柱单元、零长度转动弹簧单元和零长度剪切弹簧单元,建立了考虑弯曲、粘结滑移和剪切变形的桥墩抗震数值分析模型。将模拟得到的试件滞回曲线,墩顶弯曲、粘结滑移和剪切变形等成分、初始刚度和残余位移与试验结果进行了对比。结果表明,所建模型对各桥墩的滞回曲线、各变形成分、初始刚度和残余位移有较好的模拟效果。     

新型人字支撑复合结构抗震性能的拟静力试验研究

针对用于代替粘土砖住宅结构的新型人字支撑复合结构进行了模拟地震作用的拟静力试验,研究了其结构性能.试验采用1∶ 2的缩尺模型,根据抗震试验规程设计了试验方案.基于试验结果,将新型复合结构的受力特征分为4个阶段,绘出了试件的滞回曲线及各部分钢筋的滞回曲线,计算了结构的耗能系数,分析研究了复合结构的受力性能及破坏机构.得出复合结构具有"强柱、中梁、弱支撑"多道抗震防线的抗震性能及较好的耗能能力,可以用于多层住宅结构.     

基于OpenSees的巨型SRC柱低周反复试验数值分析

为研究巨型SRC柱抗震性能的数值模拟方法,本文基于有限元分析软件OpenSees,采用纤维单元模拟5根具有不同复杂截面型钢形式的巨型SRC柱试件的低周反复加载试验,并与试验滞回曲线以及骨架曲线进行对比分析。结果表明,该基于纤维单元的有限元模型能够较好模拟巨型SRC柱试件的滞回反应,具有一定的合理性和可靠性。同时采用一种新型高性能分层壳单元对其中一根巨型SRC柱试件进行精细有限元建模分析,分析结果与试验结果对比表明分层壳能够较好地模拟试件的初始刚度和峰值承载力;与纤维单元模拟结果对比表明纤维单元能够更好地模拟试件承载力的下降,结果更加精确,且计算效率更高;新型高性能壳单元DKGQ能够弥补原有壳单元的不足,更好地模拟构件因混凝土大量开裂剥落导致的承载力下降。     

钢筋网砂浆面层加固震损砖墙抗震性能模拟

利用数值模拟方法研究低强度砂浆强震损伤砖墙采用钢筋网砂浆面层加固的适宜性及加固后抗震性能。依据砖墙承载力损失程度划分损伤等级,对砖墙模型施加作用形成预损伤,对加固墙体模型完全重启动实现砖墙应力初始化,然后对加固试件施加低周往复荷载,得到损伤加固试件破坏特征及荷载-位移滞回曲线,并与原砖墙模型进行比较,验证加固方法的适宜性和增强效果。研究结果表明:本研究数值方法获得的损伤砖墙采用单面、双面钢筋网砂浆面层加固后的力学性能结果真实可靠,可作为钢筋网砂浆面层加固震损砖墙抗震性能评估的依据。     

混凝土多孔砖和组合配筋砖小截面墙体抗震性能的试验研究

针对农村窗间墙过窄的现状,提出一种组合配筋砌体以抵抗地震剪力,并提出混凝土多孔砖组合配筋砌体的参考公式.通过对混凝土多孔砖和组合配筋砖小截面墙体进行反复荷载下的抗震性能试验研究,讨论两种不同类型砌体的破坏特征、滞回特性、骨架曲线和抗剪强度等问题.组合配筋砌体与无筋砌体相比,抗震性能明显提高,延性增强.结果表明组合配筋砌体是一种能够明显改善小截面墙体抗震性能的实用方法,可在农村地区推广.     

摇摆-自复位桥墩的多弹簧模型建模方法研究

为探讨摇摆-自复位（Rocking Self-Centering,RSC）桥墩的滞回行为并为其数值建模提供依据,基于OpenSees地震分析平台发展此类结构的多弹簧模型并开展系统性讨论。结合RSC桥墩的构造特点发展多弹簧模型的整体建模思路,着重对比三种弹簧分布（基于Gauss积分和Lobatto积分的分布及均匀分布）模式下RSC桥墩的整体力-位移响应,对弹簧所需设置个数进行优化分析,并讨论了弹簧刚度的校准过程。最后,基于现有研究的5个RSC桥墩试件的试验结果,通过对比滞回曲线,发现所建议的模拟方法可较为准确地模拟RSC桥墩在拟静力荷载下的刚度、强度、滞回行为及残余位移。     

多龄期钢框架时变损伤模型研究

对3种不同厚度的钢材标准试件进行酸性大气环境气雾加速腐蚀试验,并对锈蚀后的试件进行单向拉伸试验,得到钢材力学性能随失重率的衰变规律。同时考虑构件截面削弱与材料力学性能降低,建立不同锈蚀程度下的钢框架有限元分析模型,利用非线性静力推覆分析得到锈蚀钢框架结构的整体初始刚度随锈蚀程度增大的退化规律,以表征结构因锈蚀造成的损伤。提出同时反映最大变形效应和累积耗能效应的双参数结构整体地震损伤模型,并在此损伤模型的基础上集合钢材材性试验结果及有限元分析结果,提出适用于锈蚀钢结构的"时变"损伤模型。对比分析以层间位移角及时变损伤模型为性能指标建立的不同龄期钢框架结构的地震易损性曲线,结果表明:随着锈蚀程度的增加,在相同地震动强度下结构超越某一极限状态的失效概率均增大。     

墙体开洞影响下房屋砖砌体结构地震易损性分析

为获取可靠的墙体开洞影响下房屋砖砌体结构地震易损性分析结果,采用ABAQUS有限元分析软件构建房屋砖砌体结构墙体模型,设置合理的墙体模型参数和数值模拟参数;对比模拟数值与以往研究的测试值,证明所构建模型参数取值合理;将截取的峰值段江油地震波作为上述模型的地震动输入,根据测得的房屋砖砌体结构的力学变化数据,分析房屋砖砌体结构的地震易损性。分析结果表明:地震情况下,随着墙体开洞率的增加,墙体荷载能力下降、墙体水平承载力增长幅度降低、墙体相对刚度退化率增加;墙体开洞数量越多,房屋砖砌体结构侧向刚度下降越快。因此分析得出墙体开洞率大、墙体开洞数量多,房屋砖砌体结构的地震易损性越显著。     

冻融作用下带构造柱砖墙抗震性能试验研究

以4榀相同特性的带构造柱砖墙为研究对象,分别进行0、40、80及120次冻融循环试验和低周反复荷载试验,来研究冻融环境对砌体结构抗震性能的影响。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,裂缝出现更早,发展更为迅速,破坏程度更加严重,承载力、刚度、耗能、延性均出现明显的衰减。本文从宏观和微观两个方面对遭受冻融作用砖墙进行了损伤机理的分析。     

纤维砂浆带加固砌体墙片的抗震性能研究

针对低烈度区砌体结构房屋抗震的需要,本文提出利用纤维砂浆带加固砌体墙的一种廉价抗震方案。运用有限元分析软件Ansys10.0进行数值模拟分析,探讨这种加固方案的可行性,并在此基础上进行试验研究。通过纤维砂浆带加固砌体墙片在低周反复荷载作用下的试验,对墙片的破坏特征、裂缝的发展过程、滞回特性、结构延性等技术指标进行对比分析,结果表明,采用纤维砂浆带加固砌体墙有助于提高墙体的开裂荷载,增加结构的延性,改善墙体的抗震性能。     

传统农居砌体抗剪性能试验研究

砖砌体结构是农村传统农居建筑的主要结构形式,如何精确评价其抗震能力具有重要的研究意义。目前既有传统农居中,20世纪80、90年代砖砌体结构仍是其重要的组成部分。为研究既有传统砖砌体结构的抗剪性能,首先对水泥砂浆、白灰砂浆、炉渣砂浆、黄泥砂浆4种典型砂浆开展抗压强度试验;然后对4种典型砂浆砌筑的砌体进行沿通缝抗剪强度试验,通过与传统老旧红砖砌体抗剪强度的平均值和公式值进行对比,对砌体抗剪强度计算公式进行修正后得到修正公式;最后对比修正值、标准值和设计值,对传统农居进行准确的砖砌体抗剪强度评估。本项研究主要为传统农居砖砌体结构的抗震性能评估、抗震加固以及抗震设计提供技术支持与科学依据。     

Using the applied element method for modelling calcium silicate brick masonry subjected to in‐plane cyclic loading

The response of calcium silicate unreinforced masonry construction to horizontal cyclic loading has recently become the focus of experimental and numerical research, given its extensive use in some areas of the world that are now exposed to induced earthquakes (eg, north of the Netherlands). To assess the seismic behaviour of such construction, a relatively wide range of modelling methodologies are available, amongst which the discrete elements approach, which takes into account the intrinsic heterogeneity of a brick‐mortar assembly, can probably be deemed as the most appropriate computational procedure. On the other hand, however, since discrete elements numerical methods are based on a discontinuum domain, often they are not able to model every stage of the structural response adequately, and because of the high computational burden required, the analysis scale should be chosen carefully. The applied element method is a relatively recent addition to the discrete elements family, with a high potential for overcoming the aforementioned limitations or difficulties. Initially conceived to model blast events and concrete structures, its use in the earthquake engineering field is, of late, increasing noticeably. In this paper, the use of the applied element method to model the in‐plane cyclic response of calcium silicate masonry walls is discussed and scrutinised, also through the comparison with experimental results of in‐plane cyclic shear‐compression tests on unreinforced masonry walls.     

A fuzzy–random analysis model for seismic performance of framed structures incorporating structural and non‐structural damage

Past earthquake experiences indicate that most buildings designed in accordance with modern seismic design codes could survive moderate‐to‐strong earthquakes; however, the financial loss due to repairing cost and the subsequent business interruption can be unacceptable. Designing building structures to meet desired performance targets has become a clear direction in future seismic design practice. As a matter of fact, the performance of buildings is affected by structural as well as non‐structural components, and involves numerous uncertainties. Therefore, appropriate probabilistic approach taking into account structural and non‐structural damages is required. This paper presents a fuzzy–random model for the performance reliability analysis of RC framed structures considering both structural and non‐structural damages. The limit state for each performance level is defined as an interval of inter‐storey drift ratios concerning, respectively, the non‐structural and structural damage with a membership function, while the relative importance of the two aspects is reflected through the use of an appropriate cost function. To illustrate the methodology, herein the non‐structural damage is represented by infill masonry walls. The probabilistic drift limits for RC components and masonry walls from the associated studies are employed to facilitate the demonstration of the proposed model in an example case study. The results are compared with those obtained using classical reliability model based on single‐threshold performance definition. The proposed model provides a good basis for incorporating different aspects into the performance assessment of a building system. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

村镇建筑砌体结构的动力特性分析

为探讨村镇建筑中低层砌体结构的动力特性与振动机理,基于农居调查实测的布置及材料性能数据,在ABAQUS软件中建立考虑结构布置、材料强度及有限元网格控制等参数的7个有限元模型方案,对各模型进行结构动力特性分析,并对比分析其振动形态、振型分量及振型周期。分析表明,村镇建筑中按常规布置的砌体结构,其振动特性不利于结构抗震;砌体材料性能劣化在降低结构承载能力的同时还会放大高阶面外振动分量的地震作用,加剧承重墙在地震中发生外闪倒塌的机率;如采取措施实现结构的基本振型为沿横向平动,则其振动特性表明横墙的承重与抗侧能力均可有效发挥,且面外振动的高阶振型被抑制,提高了结构抗震能力;此外,本文还提出ABAQUS对壳单元沿厚度方向的网格控制要求。     

单调及低周往复荷载作用下砌体非线性分析

带构造柱和圈梁的约束砌体结构在四川灾区乡镇房屋重建中被广泛采用,其抗震性能是人们所关心的.基于绵竹市土门镇当地重建房屋常用建筑材料的实验数据以及通用有限元软件ANSYS中Solid 65单元的性质和特点,用有限元模型模拟了粘土砖砌体在不同压应力状态(σ-/fm)下沿通缝截面抗剪强度试验,给出了相关单元在模拟砖砌体开裂中闭合及开口剪力传递系数的建议值;利用这些结果,分别建立了带约束(构造柱、圈梁等)和不带约束砌体墙的有限元模型,进而分析了他们在单调荷载以及低周往复荷载作用下的抗震性能.结果表明,与不带约束的墙体相比,带约束墙体在单调水平荷载作用下的初裂性能、极值荷载和延性都有很大的提高,在低周往复荷载作用下其耗能能力得到了改善.所得结果可供相应结构抗震设计的参考.