多层砌体结构在地震中倒塌全过程数值模拟

摘要

为了克服现有数值计算模型及算法在模拟多层砌体结构倒塌过程中存在的问题，引入能够考虑脆性材料大变形及塑性损伤的Holmquist-Johnson-Cook(简称HJC)本构模型模拟砌体材料，采用完全连续介质有限元法建立了一栋典型多层大开间砌体结构计算模型，选取经典的El Centro波对其进行弹塑性时程分析，基于显式动力积分及自动接触算法，再现了多层砌体结构在地水平震作用下从弹性到破坏，再到倒塌的全过程。通过与实际震害的比较，验证了上述材料模型及数值算法模拟多层砌体结构倒塌破坏的有效性。此外，针对同一结构模型在不同烈度下的破坏形式，探讨了多层砌体结构在特大地震下的倒塌机理及模式，揭示了其因竖向承重构件失效而导致整体结构发生竖向倒塌的本质。最后分析了顶部水平位移、顶部竖向位移及层间位移角限值分别作为倒塌判定指标的适用性。