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。     

蒸压加气混凝土砌块砌体填充墙框架结构抗震性能试验

为进一步改善框架结构平面内和平面外抗震性能,本文提出带X形斜撑的新型砌体填充墙构造方案,并进行了4榀蒸压加气混凝土砌块砌体填充墙框架结构试验,以研究墙体构造措施和墙-框连接方式对框架结构抗震性能的影响。首先进行平面内水平低周往复荷载试验,随后进行历经平面内损伤的平面外单调静力加载试验,最后进行承载力、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标的分析。结果表明:墙-框柔性连接方案下,填充墙框架结构的平面内及平面外水平承载力和初始刚度均小于刚性连接方案,而变形能力、耗能能力和位移延性等性能指标均比刚性连接表现更好;墙-框柔性连接且填充墙带X形斜撑框架结构的平面内及平面外抗震性能指标均有明显改善,更有利于抗震。     

基于滑楔连接的新型填充墙设计与抗震性能数值模拟

为了减轻填充墙与框架在地震中的不利相互作用,提出一种采用滑楔连接件的柔性填充墙框架结构设计方案.采用ABAQUS建立滑楔连接框填结构有限元模型,与满砌填充墙在平面内滞回性能、平面内外耦合性能、墙框局部损伤及填充墙整体损伤等方面进行了对比分析.模拟结果表明,和满砌填充墙相比,采用滑楔连接减轻了填充墙与框架平面内相互作用产...     

考虑墙-框连接刚度影响的填充墙框架结构抗震性能分析

历史震害表明,填充墙与框架的连接刚度对框架结构的抗震性能有重要影响。我国《建筑抗震设计规范》(2010)建议"框架结构中的砌体填充墙,宜与柱脱开或采用柔性连接",但对二者的具体连接刚度,规范并没有做出明确规定。运用ABAQUS软件,对前人开展的考虑填充墙与框架连接影响的框架结构拟静力试验进行数值模拟,对比分析填充墙框架结构破坏特征及滞回曲线等抗震性能指标,验证了有限元模型的可靠性。基于某典型框架结构,建立不考虑填充墙、考虑填充墙与框架不同连接刚度的框架结构有限元模型。模态分析表明,连接刚度对框架结构的频率影响较小,结构的动力特性趋于一致;多遇地震和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析表明,合适的连接刚度可以提高结构的抗震性能。研究可为框架结构的抗震设计提供参考。     

BFG增强蒸压加气混凝土砌块填充墙框架抗震性能试验研究

大量震害表明,在强震作用下传统填充墙框架结构的填充墙与框架之间相互作用非常复杂,破坏严重。为改善填充墙框架结构的抗震性能,本文采用适应我国墙材革新所倡导的蒸压加气混凝土砌块作为墙体材料,利用玄武岩纤维格栅(BFG)替代钢筋作为填充墙墙体内的拉结材料,设计了两种不同的填充墙与框架的柔性连接方式,对填充墙框架进行了拟静力试验研究。分析了其破坏特征、滞回曲线特性、骨架曲线、墙体延性、强度衰减、刚度退化以及累积耗能。结果表明,在水平荷载作用下,采用柔性连接方式的填充墙对框架承载能力影响不大,不会因框架在平面内发生较大位移而导致墙体严重破坏,且采用本文提出的平板连接方式的填充墙对框架抗侧刚度几乎没有影响,其破坏模式更为合理;同时,墙体内配置的玄武岩纤维格栅延缓了墙体的开裂,对墙体变形构成有效约束。     

柔性连接新型砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究

通过5榀钢筋混凝土填充墙框架结构低周反复荷载试验,系统研究了填充墙-框架柔性连接和刚性连接、墙端设置芯柱和不设置芯柱结构的破坏机理和抗震性能,对滞回曲线、骨架曲线、位移延性比、累积耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标进行了分析。试验结果表明:柔性连接方案对结构承载力的提高低于刚性连接方案,但其他性能指标均优于刚性连接方案。例如,提高了结构初始刚度,且刚度退化现象减缓;提高了结构位移延性比和累积耗能;填充墙破损程度减轻;减小或消除了填充墙对框架柱的附加剪力影响等。同时,填充墙内芯柱的设置有效提高了结构承载力、刚度和整体稳定性。     

阻尼器连接填充墙在柔性框架结构中的应用研究

阻尼器连接填充墙采用黏滞阻尼器与主体框架结构连接,是一种新型填充墙与框架的柔性连接方式,能满足柔性框架结构的大变形需求.为使得阻尼器连接填充墙达到最优的力学性能,结构布置和构件力学参数的选择十分重要,采用有限元软件ABAQUS分别建立了柔性钢框架结构和阻尼器连接填充墙-框架结构的有限元模型,考察不同阻尼系数阻尼器连接填...     

新型柔性连接开洞填充墙RC框架结构平面外抗震性能

砌体填充墙钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架结构在强地震作用下容易损伤破坏,我国规范建议填充墙与框架之间采用彼此脱开或柔性连接做法,但这也增加了填充墙平面外倒塌的风险。基于此对一种新型柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构进行了平面外的拟静力试验研究,分析了其失效过程、受力特征和破坏模式。结果表明：砌体填充墙RC框架结构平面外承载能力主要依靠于拱承载机制,槽钢轨道可以有效提高框架对填充墙两侧的约束作用,防止填充墙与框架之间的相对滑动,有利于水平拱承载机制的形成。对比普通柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构,采用新型柔性连接的开洞砌体填充墙RC框架结构,平面外的峰值承载力和峰值承载力处割线刚度分别提高了44.14%和9.70%;新型柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构在峰值承载力状态下和极限承载力状态下,其罕遇地震作用加速度相比于普通柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构分别提高了81.03%和77.36%。因此,采用新型柔性连接构造可有效提高开洞砌体填充墙RC框架结构的承载能力,改善开洞砌体填充墙RC框架结构平面外的稳定性,从而提高开洞砌体填充墙RC框架结构平面外的抗...     

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。     

新型预制预应力混凝土框架结构有限元分析

为了研究新型预制预应力混凝土框架结构的抗震性能,本文采用ABAQUS软件对试验节点进行有限元分析,验证了建模方法的正确性,并以试验节点为原型,建立相应的两层两跨的新型预制预应力混凝土平面框架模型。采用低周往复加载方式分析了新型预制预应力混凝土框架结构和现浇框架结构的滞回性能,并模拟了新型预制预应力混凝土框架结构在不同的初始荷载、预应力筋数量及控制应力和U形筋配筋率下的滞回性能。结果表明,新型预制预应力混凝土框架和现浇框架的滞回性能非常接近;框架轴压比、预应力筋数量和U形筋配筋率对新型预制预应力混凝土框架的滞回性能有影响,而梁上荷载和预应力筋控制应力的影响较小。     

消能支撑框架结构的低周往复水平荷载试验仿真分析方法

本文提出了低周往复水平荷载试验仿真分析方法，该法既不同于弹塑性地震反应时程分析，又不同于常见的弹塑性静力分析。它能模拟低周往复水荷载试验的过程，既避免了地震波频谱的影响又体现了水平荷载的往复作用，可用于计算结构和构件的滞回曲线、截面的屈服顺序及相应的荷载和位移，尤其适用于分析消能支撑框架结构等耗能减震结构。本文用此方法分析了在框架柱轴压比超过限值要求时消能支撑的作用。     

反复荷载作用下矩形钢管混凝土树状节点的非线性分析

本文在确定了往复应力作用下钢管混凝土的钢材和核心混凝土的应力-应变关系的基础上,利用纤维杆元模型,有限元模型对钢管混凝土Y形柱和十字形钢梁连接的节点的荷载-位移滞回关系曲线及其骨架曲线进行了计算,并与试验结果进行了比较。结果表明：由纤维杆元模型与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线极为相似,但在峰值荷载后差异较大;由纤维杆元模型和有限元所得的在低周反复荷载作用下滞回曲线也与在反复荷载作用下试验所得的结果相一致。纤维杆元模型能准确地预测节点的弹塑性行为和整体抗震性能,可用于节点滞回性能的非线性参数分析研究。在此基础上研究了方钢管混凝土柱的轴压比,宽厚比及核心混凝土强度对节点受力性能的影响。     

钢丝网复合橡胶减隔震支座拟静力试验与恢复力模型研究

钢丝网复合橡胶减隔震支座是一种可以翘曲滚动实现剪切大变形的新型减隔震支座,主要适用于中小跨径桥梁。为了探究钢丝网复合橡胶减隔震支座的减隔震性能及恢复力特性,本文对其进行拟静力试验,得到支座滞回曲线,反映出较好的耗能能力,在试验数据基础上利用最小二乘法拟合提出支座的三段线性恢复力模型;为了推广该支座的实桥应用,实现其在实桥抗震验算有限元建模中的模拟,本文在SAP2000有限元程序中采用多段线性塑性连接单元的Kinematic模型模拟支座,重现拟静力试验加载过程,对比支座有限元计算滞回曲线和试验滞回曲线,模拟结果良好。     

填充墙RC框架结构地震破坏机理及关键抗震措施研究

汶川8.0级特大地震等震害调查结果显示,通常被认为其抗震设计问题已经解决且具有较强抗震能力的RC框架结构,却突出地表现出"强梁弱柱"、"薄弱层"、"短柱失效"等一系列超出抗震设计初衷的灾难性破坏形式。本文以汶川漩口中学倒塌的RC框架结构教学楼的典型震害为背景,通过典型双跨填充墙RC框架结构单元伪静力试验及框架结构模型地震模拟振动台对比试验,结合理论分析和数值模拟,研究了填充墙对RC框架结构破坏机理的作用机制,分析了现浇楼板对实现"强柱弱梁"破坏机制的影响规律,提出了可有效改善RC框架结构抗倒塌机制的技术措施及设计建议。论文主要完成了以下工作:(1)以汶川漩口中学倒塌的教学楼为原型,设计完成了考虑楼板及填充墙影响的4个1/2缩尺的单层两不等跨填充墙RC框架结构模型伪静力试验,研究了2类填充墙材料、3种布置方式对框架结构整体强度、刚度及延性的影响规律,揭示了填充墙及现浇楼板对框架结构不同地震破坏模式的作用机理。(2)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,采用DIANA非线性有限元分析程序,实现了填充墙与框架间相互作用模拟;分析了填充墙与RC框架结构的相互作用机理,研究了填充墙对典型双不等跨RC框架结构破坏及倒塌模式的影响规律。(3)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,结合理论分析及非线性有限元数值模拟,系统研究了填充墙RC框架结构中的"短柱"破坏机理。选取实际工程中常用的粘土砖、加气砌块、蒸压砖等3种砌体材料,定量研究了不同填充墙砌筑材料、墙-框界面刚度及填充墙布置高度对RC框架结构"短柱"破坏模式的影响规律,提出了可实现避免短柱破坏的理论判别公式及设计措施。(4)研究提出了可显著提升框架结构整体抗倒塌能力的现浇楼板四角与梁柱有限断开的抗震设计措施。按现行规范设计制作了2个2×2跨、1/5缩尺的4层填充墙RC框架结构模型,通过地震模拟振动台对比试验,验证了横向两不等跨RC框架结构中填充墙及现浇楼板对破坏模式的不利影响;通过振动台试验与伪静力试验及实际震害现象对比分析,揭示了现浇楼板以及填充墙对框架结构破坏模式的作用机理;通过两RC框架结构模型破坏模式对比试验及非线性数值模拟分析,进一步证实规范中试图提高柱端弯矩增大系数的设计方法并不能有效实现预期的"强柱弱梁"破坏机制,而现浇楼板四角与梁柱有限断开的措施可明显提高框架结构的整体抗震性能,有效延迟框架柱的破坏。     

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。     

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的滞回性能研究

为研究外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,基于外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点低周反复荷载作用下的试验结果和有限元的模拟,分析了两类试验节点的滞回特性,提出外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的三折线恢复力模型及其特征参数的取值范围,并给出恢复力模型表达式。结果表明,试件具有良好的耗能能力,建立的恢复力模型骨架曲线与试验值接近;有限元与试验所得的滞回曲线及骨架曲线在弹性阶段吻合较好,随着荷载的反复,两者之间的差异逐渐增大。     

高强混凝土多重复合芯柱恢复力模型研究

基于8根高强混凝土多重复合芯柱在低周往复荷载作用下的试验结果,考虑轴压比、箍筋间距、配箍率等因素,提出骨架曲线特征点理论计算模型.同时,考虑加载历程对芯柱性能退化的影响,根据试验拟合结果引入刚度退化模型,以反映各试件滞回曲线卸载刚度退化规律,给出恢复力模型滞回规则,并将滞回曲线模拟值与试验值进行对比.结果表明:骨架曲线...     

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.     

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。     

酸雨环境下砌体结构地震易损性研究

对4榀相同特性的砖墙进行不同程度的酸雨腐蚀试验及低周反复荷载试验,得出其在不同腐蚀循环次数下的滞回曲线。基于陆新征-曲哲恢复力模型对砖墙试件进行模拟分析,并与试验结果进行对比,验证得出三弹簧单元模型能够较准确预测砌体构件的滞回性能。利用三弹簧单元模型对不同腐蚀次数下砌体结构进行IDA分析,得出不同腐蚀次数下砌体结构的易损性曲线,通过对"小震"、"中震"、"大震"下结构失效概率的分析得出,酸雨腐蚀能够严重影响结构的力学性能,使得结构的抗震性能显著下降。