【硕士】约束砌体墙抗震性能的非线性模拟分析

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内容简介

　　摘要：砌体结构是村镇地区常见的结构形式，但是许多村镇砌体结构由于缺乏混凝土柱与圈梁，这些建筑的质量一直不尽理想，在发生地震后，这些建筑会受到严重损害。研究人员专门为村镇地区设计了芯柱式构造柱、预制式构造柱（并称为装配式构造柱）这两种可以由工厂预制零件，安装较为简便的构造柱以供村镇地区的砌体结构使用。　　但是大规模普及这种技术前需通过试验研究来验证这两种构造柱的具体性能。试验耗费的人力、物力、财力较高，因此能进行的试验次数有限，余下的研究就需要通过有限元模拟来进行。　　有限元法应用广泛，但目前已有的一些砌体结构有限元分析方法并不如人意，要么不能计算出准确的结果，要么无法对砌体结构进行塑性分析。在本文中，主要完成了下列工作：　　① 总结了常见的有限元软件和过去常见的砌体结构有限元分析方法，分析了这些方法的不足。　　② 本文选取有限元软件ABAQUS，对这个软件的有限元分析方法、软件操作进行了充分的研究。　　③ 本文对砌体材料性质进行研究，找到了一种适用于在ABAQUS 中输入砌体材料行为的方法。　　④ 在研究并总结出这种砌体结构弹塑性有限元分析方法后，本文通过对试验项目进行模拟，验证了该方法的准确性。同时，本文使用该方法对砌体墙片在不同开洞情况下、不同顶压情况下、不同构造柱约束情况下的性能进行了分析。　　通过这些研究，本文的主要结论与成果如下：　　1）本文通过研究ABAQUS 和砌体结构，获得了一种具有普遍适用性的，可靠的有限元分析方法，同时将这种方法应用于芯柱式构造柱、预制式构造柱以及相关的砌体结构分析，从而弥补了试验的不足。　　2）如果只想分析砌体墙片的力位移曲线的话，采用整体式模型和单推加载方案即可。如果需要对砌体墙片的细节部分进行进一步分析，则可以考虑采用分离式模型。　　3）有构造柱约束的砌体墙片，性能比素墙片要高得多，且砌体墙片性能越弱时，　　尤其是砌体墙片整体性越弱时，构造柱对于墙片性能的提升作用就越大。　　4）通过有限元分析可知，相比传统现浇混凝土构造柱约束的墙体，芯柱式构造柱和装配式构造柱所约束的墙体的性能略弱一些，但是不会低多少；考虑到这两种构造柱在建造时比传统构造柱方便，因此这两种构造柱是可以再村镇地区推广使用的。　　5）开洞位置对于砌体强度有所影响，在墙中部略偏两边的位置开洞最为不利，在墙侧开洞最为有利。　　

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