考虑填充墙的底部框架——抗震墙砌体房屋抗震性能研究

摘要

底部框架-抗震墙砌体房屋是一种由底部或底部两层为框架-抗震墙结构，上部为砌体结构组成的混合结构形式。具有底部框架布置灵活，使用性好，上部砌体取材方便、造价低廉等优点，在中小城市临街建筑中得到了广泛应用。但此类房屋沿高度方向由两种不同的结构形式构成，易导致竖向刚度分布不均匀，因此，未经合理设计的底框砌体房屋在地震中破坏严重。此前，相关学者对此类房屋的抗震性能进行了大量研究，但很少考虑填充墙对其的影响，另一方面，在研究填充墙框架结构抗震性能时，发现填充墙对框架结构的影响不可忽略，因此有必要研究填充墙对底框砌体房屋抗震性能的影响。
　　本文采用ABAQUS有限元程序，建立一榀单跨6层模型，针对无填充墙、满布填充墙、半高和半跨填充墙四种不同的布置形式进行分析，研究填充墙对底框层梁、柱内力的影响。结果表明设置满布填充墙使梁柱内力减小;设置半高填充墙时，底框柱中部出现剪力突变，剪力设计值比无填充墙时增加24％～36％，易形成短柱破坏;半跨填充墙改变了底框梁控制截面的位置，使梁跨中剪力增大幅度为无填充墙的6倍，建议对上述部位进行加强。
　　在内力分析的基础上，对上述4种填充墙布置形式下的一榀单跨6层模型进行分析，研究填充墙布置形式对底框层抗侧刚度及底框砌体房屋抗侧刚度比的影响，考虑小震、中震和大震三种不同强度地震作用，分析结构的刚度退化规律和抗侧刚度比随结构屈服的变化情况，并研究了填充墙组成材料和数量对此类结构抗侧刚度比的影响。结果表明，设置满布填充墙时，底框层抗侧刚度约增大9.3倍，半高、半跨填充墙约增大2、2.3倍。随着地震强度的不断增大，过渡层与底框层刚度比逐渐减小，设置满布填充墙时减小幅度最大，设置半高、半跨填充墙时，刚度比减小幅度较无填充墙小。当构成填充墙的砌体材料不同时，对结构抗侧刚度比的影响也不一样，其中填充墙砌体抗拉强度的影响更为明显，设置满布填充墙时，陶粒混凝土空心砌块砌体和蒸压粉煤灰空心砌块砌体使底框层刚度增大约7.8倍，小于烧结普通砖填充墙的9.3倍，且随着地震强度增大，上述两种砌体的刚度退化比普通砖砌体明显，这也体现了空心砌体的特点。最后，给出了对应于不同填充墙数量的，结构过渡层与底框层抗侧刚度比，并简化为修正系数，供设计参考。
　　以某6层实际工程为研究对象，对底框砌体房屋进行动力特性分析和弹塑性时程分析，研究填充墙对此类结构抗震性能的影响。在动力特性分析中，得到了结构前18阶振型和周期，结果表明，设置填充墙使结构周期略有减小，同时减小了结构的扭转效应。根据所在工程的场地特性，选择6条地震波进行时程分析，从结构的顶点位移、基底反力时程曲线、最大侧移和层间位移角、能量耗散以及taft波不同加速度角度评价了填充墙对的底框砌体房屋抗震性能的影响。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 底部框架-抗震墙砌体房屋的震害及研究现状

1．2．1 底部框架-抗震墙砌体房屋的震害及分析

1．2．2 国内外研究现状

1．3 存在的问题

1．4 本文所开展的工作

2 有限元分析基础

2．1 ABAQUS有限元软件简介

2．2 材料本构关系

2．2．1 混凝土本构

2．2．2 砌体本构

2．2．3 钢筋本构

2．3 有限元模型的建立

2．3．1 单元选取

2．3．2 钢筋建模

2．3．3 模型的连接与约束

2．4 本章小结

3 填充墙对底框砌体房屋构件内力的影响

3．1 模型的基本信息

3．2 模型的荷载

3．3 填充墙布置方式对底框砌体房屋构件内力的影响

3．3．1 填充墙对底框梁内力的影响

3．3．2 填充墙对底框柱内力的影响

3．4 本章小结

4 填充墙对底框砌体房屋抗侧刚度的影响

4．1 填充墙布置方式对底框砌体房屋抗侧刚度的影响

4．1．1 满布填充墙对底框层抗侧刚度的影响

4．1．2 半高、半跨填充墙对底框层抗侧刚度的影响

4．1．3 刚度退化规律分析

4．1．4 地震强度对抗侧刚度比的影响

4．2 填充墙布置方式对结构破坏形态的影响

4．3 不同材料填充墙结构抗侧刚度的影响

4．4 填充墙数量对整体结构抗侧刚度的影响

4．4．1 工程背景

4．4．2 模型网格划分

4．4．3 整体模型荷载计算

4．4．4 静力分析结果

4．5 本章小结

5 填充墙对底框砌体房屋抗震性能的影响

5．1 考虑填充墙的底框砌体房屋动力特性分析

5．1．1 动力特性分析

5．1．2 分析结果

5．2 考虑填充墙的底框砌体房屋时程分析

5．2．1 时程分析概述

5．2．2 地震波的选取

5．2．3 模型阻尼的选取

5．2．4 结构弹塑性时程分析结果

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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