村镇砖砌体结构抗倒霉性能有限元分析

摘要

近年来,我国地震多发,造成了大量的房屋破坏、人员伤亡和严重的经济财产损失。调查显示村镇地区的震害最为严重,而砌体结构是我国村镇建筑的主要结构形式。因此,对砌体结构在地震作用下的抗倒塌性能研宄,特别是地震作用下的整体倒塌模式,具有十分重要的意义。本文主要分析了砌体结构在地震作用下的震害特点及相应的原因;分析了砌体结构的材料特性和本构关系,并确定了在本文研宄中需要的各项材料参数;运用大型通用有限元软件ANSYS,解析了多种因素对墙体抗倒塌性能的影响;运用LS-DYNA有限元程序分析了窗下墙和窗间墙的刚度比、窗下墙的跨高比和窗间墙的宽度对砌体外纵墙破坏模式的影响;运用LS-DYNA模拟了3层砌体结构在地震作用下的倒塌过程。
　　本研究主要内容包括：⑴提高砂浆强度能够提高墙体的极限承载力和极限位移,但效果并不明显。在考虑经济性的同时,建议村镇建筑砖强度为M U10时的砂浆强度取为M7.5;提高墙体的高厚比能够提高墙体的极限承载力,但不能有效提高墙体的极限位移;在墙体竖向压力增大的过程中,墙体的承载能力显著提高,但过大的竖向压力会导致斜压破坏⑵墙体的极限荷载和开裂荷载都随着开洞率的增加而减小,建议墙体的开孔率应在18％到64％,开洞率超过64％的的墙体应加强构造;单纯提高构造柱混凝土的强度等级,墙体的极限荷载有所增加,但增加的效果不明显;提高钢筋的直径能够提高墙体的极限承载力,建议混凝土构造柱和圈梁的钢筋直径不宜超过16mm。⑶现行抗震规范中关于窗下墙,没有明确的要求,因此建议规范中加入窗下墙与窗间墙的刚度比,来验证砌体结构窗下墙的抗震性能,比的限值可取为1;窗间墙的宽度是影响外纵墙倒塌时间和破坏时间差值的因素,随着窗间墙宽度的增加,外纵墙倒塌时间和破坏时间的差值增大,墙体的抗倒塌能力增强;窗下墙的跨高比影响着窗下墙的破坏形态,跨高比从大到小,破坏模式从端部破坏向斜向裂缝破坏发展。故建议窗下墙跨高比不要过大,建议限值取1.41.6。⑷构造柱和圈梁极大地提高了墙体的抗倒塌能力。有构造柱和圈梁的砌体结构较无构造柱和圈梁的砌体结构受力合理、延性增强、等效弹性荷载增大,整体性有明显的增强。

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1 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3村镇棚体结构建筑震害的特点

1.4 数值分析简述

1.5砌体结构的非线性分析方法

1.6 本论文主要研究内容

1.7 本课题研究意义

2 材料特性和本构关系

2.1砌体材料特性

2.2砌体的应力应变关系

2.3 砌体的弹性模量

2.4 砌体泊松比

2.5 混凝土本构关系

2.6 钢筋本构关系

2.7 本章小结

3 有限元模型的建立

3.1引言

3. 2 ANSYS单元简述

3.3 接触分析

3.4 加载及其求解

3.5 收敛准则

3.6 计算模型

3.7 本章小结

4 砖砌墙体抗倒塌分析

4.1引言

4.2 砂浆强度的影响

4.3 墙体高厚比的影响

4.4竖向压力的影响

4.5洞口的影响

4.6构造柱强度的影响

4.7 纵筋配筋量的影响

4.8 对比分析

4.9本章小结

5.砌体结构窗下墙与窗间墙的破坏研究5.1引言

5.2 问题的研究现状

5.3 传力路径和破坏因素

5.4显式动力有限元简介

5.5 建模准备

5.6砌体结构外纵墙地震作用下的模拟分析

5.7 本章小结

6 砌体结构整体倒塌模拟分析

6.1引言

6.2计算模型

6.3地震作用下砌体结构倒塌模拟分析

6.4 本章小结

7 结论与展望

7. 1结论

7.2展望

致谢

参考文献

附录