砌体墙抗震性能分析模型及其工程应用

摘要

我国在役民用建筑中，存在大量砌体结构和砌体填充墙框架结构房屋。对该类老旧建筑进行节能化成套改造是建筑领域节能减排的重要方面。根据我国现行相关规范，这些房屋在成套改造中很难通过结构安全性评估。如何对这类既有建筑的安全性和抗震性能进行合理评估，以及提供可靠的加固方案、分析模型和设计方法，目前仍然是各国学者研究的热点。
　　本文首先基于精细有限元建模方法，运用ABAQUS软件对三组典型砌体墙试件进行了大量的有限元数值模拟，分别提出了考虑接触和摩擦的分离式三维实体单元，本构模型修正后的壳单元和考虑滞回性能的修正交叉杆模型，并与模型试验进行了系统性的对比。基于该工作本文提出了针对砌体墙的合理简化模型和分析方法，并对某实际工程进行了整体结构的抗震时程分析和加固改造后的安全性评估。通过本文研究，可以为老旧砌体结构及砌体填充墙结构的绿色节能改造、局部加固以及结构的安全评估提供相对可靠的分析模型和理论依据，为实际工程中选择合适的加固和改造方案提供参考。本文的主要研究内容分列如下：
　　(1)基于等效斜压杆理论，对砌体填充墙进行数值模拟。运用改进后的等效斜压杆宽度计算公式，并考虑了砌体的滞回性能，建立较准确的分析模型，通过与已有试验结果的对比，验证了该模型的可靠性。然后，运用该模型系统分析了某多层填充墙框架结构在地震作用下的动力时程响应，并进行了比较研究。
　　(2)基于三维实体单元和粘性接触界面，建立分离式的砌体墙精细模拟方法，与已有试验结果进行对比，验证模型的可靠性。在此基础上，提出一种基于壳单元的建模方法，并对砌体本构关系进行了修正。
　　(3)根据某实际多层砌体房屋改造工程需求，采用基于壳单元的模拟方法，分别对其加层前后的结构进行地震弹塑性动力分析。根据分析结果，对结构纵墙方向进行加固，对比加固前后的地震响应，为实际工程中加固改造方案提供合理的建议。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 本文研究目的和主要内容

第二章 基于等效斜压杆理论的砌体填充墙模拟

2.1 引言

2.2 等效斜压杆宽度计算方法

2.3 基于等效斜杆理论的框架填充墙数值模拟方法

2.4 基于等效斜压杆理论的框架填充墙承载力计算方法

2.5 弹塑性动力响应分析

2.6 本章小结

第三章 砌体墙分离式模型精细有限元模拟

3.1 引言

3.2 砌体墙有限元建模

3.3 试件尺寸和材料参数

3.4 试验与模拟结果分析

3.5 应用壳单元的简化数值模拟方法

3.6 本章小结

第四章 砌体结构动力弹塑性时程分析与数值模拟

4.1 引言

4.2 动力弹塑性分析方法

4.3 工程介绍

4.4 有限元模型建立

4.5 动力特性计算

4.6 6层结构弹塑性动力时程响应分析

4.7 7层结构弹塑性动力响应

4.8 纵墙加固前后地震响应对比

4.9 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文