【硕士】砌体结构地震倒塌过程模拟及抗倒塌性能分析

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内容简介

　　【硕士】砌体结构地震倒塌过程模拟及抗倒塌性能分析　　授予学位：硕士　　学位授予单位: 重庆大学　　学位年度：2011　　 历史震害表明在强震中砌体结构房屋容易发生倒塌，造成巨大的人员伤亡和财产损失，因此对砌体结构的抗倒塌性能及措施进行研究有较重要的意义。进行砌体结构的抗倒塌性能试验研究耗资大，经费多，且常由于试验条件设置难以取得预期的试验结果。利用仿真方法进行砌体结构抗倒塌性能分析成为一项必要的研究手段。　　 本文围绕砌体结构抗倒塌性能展开的研究工作主要有:　　 ①在查阅了大量国内外文献的基础上，总结了目前进行地震倒塌仿真分析的主要方法，选择了基于显示积分的有限元方法。　　 ②在显式动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA中，通过选择合适的材料模型，设定材料失效准则及其它参数，同时引入接触与碰撞算法，对某振动台试验进行仿真模拟，并且对模型进行倒塌过程的模拟。　　 ③利用ANSYS/LS-DYNA进行地震作用下砌体结构的仿真分析，分别研究了构造柱、砂浆强度、开洞率、块体密度以及窗间墙与窗下墙的刚度对砌体结构抗倒塌性能的影响。　　 通过上述研究取得的主要成果有:　　 ①利用ANSYS/LS-DYNA对砌体结构进行地震作用下的仿真分析时，可采用较简单的塑性随动模型，并定义合适的材料失效准则，这样可实现对砌体结构地震倒塌过程的模拟。　　 ②砌体结构倒塌过程的模拟表明由于门窗洞口处容易出现应力集中，结构从窗洞口四角处开始发生破坏，当继续受到地震荷载时，底层首先出现整体破坏甚至倒塌。　　 ③构造柱可以提高砌体结构的变形能力和整体性，一定程度上限制结构倒塌，是抗倒塌的核心构造措施;砂浆强度主要从承载力角度影响结构的抗倒塌性能;对于开洞墙体，开洞率越大，整个结构的承载力下降越多，越容易倒塌;块体强度一定时，密度相对较小可以提高结构抗震承载力，有利于抗倒塌;窗间墙与窗下墙的刚度比会影响地震作用下墙体破坏的次序，当窗间墙与窗下墙的刚度比小于1.0时，窗间墙先破坏，大于1.0时则窗下墙先破坏，而窗间墙的破坏会使结构承载力迅速下降，从而使得倒塌更迅速。　　 ④根据影响因素分析，提出了以下砌体结构抗倒塌措施的建议:砌体结构在满足设置构造柱、圈梁等构造措施的基础上，还应保证小震下的强度储备不能过小;设计中可以适当提高砂浆强度，尽量减少开洞率，优先选择密度较小块体，保证窗间墙与窗下墙的刚度比在1.0以上。　　

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