填充墙RC框架结构抗震性能的精细化数值模拟研究

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填充墙RC框架结构是现代房屋建筑中应用最广泛的一种结构形式。但在近些年来发生的地震对填充墙RC框架造成了严重的破坏,特别是填充墙的倒塌造成了大量的人员伤亡以及财产损失。造成这些严重破坏的原因有很多,最为重要的原因是对填充墙与RC框架之间的相互作用对主体结构抗震性能的影响没有一个充分的认识,我国抗震设计规范也只从周期折减系数考虑了填充墙对整个框架刚度的影响,并没有充分考虑填充墙与RC框架之间的相互作用机制。针对填充墙与RC框架之间的相互作用,许多学者进行了研究,结果表明填充墙与框架之间的相互作用很大程度上改变了框架在地震作用时的传力机制以及破坏模式,同时还改变了框架的刚度、承载能力、延性以及框架柱中塑性铰的重分布等等各方面性能。所以在填充墙RC框架结构的设计中,很有必要考虑填充墙的存在给整个框架结构带来的影响。近些年来,已经有许多学者对填充墙RC框架结构的抗震性能进行了大量的实验以及数值模拟研究,但是对填充墙RC框架结构进行精细化建模分析的很少。由于填充墙中包含砂浆和砌块两种不同材料,这就使得研究者需要通过不同的单元分别对这两种材料的力学性能进行定义,对填充墙精细化建模来分析研究。所以本文对填充墙中的蒸压加气混凝土砌块以及砂浆进行精细化建模,并分析了多个因素对填充墙RC框架结构的抗震性能的影响。本文主要工作如下:(1)采用有限元软件ABAQUS分别建立了不带填充墙的RC框架模型、改变框架配筋率的三个填充墙RC框架模型、改变柱子轴压比的三个填充墙RC框架模型以及框架高跨比的三个填充墙RC框架模型等十个模型。(2)采用ABAQUS中的显式求解方法对不带填充墙的RC框架模型以及带有填充墙的框架模型进行计算求解,然后从滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、整体强度退化以及延性等五个方面对计算结果进行对比分析。结果表明填充墙的存在会增大框架的水平承载能力,增强框架的耗能能力。(3)采用ABAQUS中的显式求解方法对改变框架配筋率、柱子轴压比以及框架高跨比的九个模型进行计算求解,然后从滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、整体强度退化以及延性等五个方面对计算结果进行对比分析。结果表明配筋率的增加不仅能提升框架的水平承载能力,还能增强框架的耗能作用,延缓填充墙的破坏;框架柱的轴压比在一定范围内的增加会增强框架的水平承载能力,但轴压比过大时,框架的水平承载能力没有明显增加,反而延性较低,抗震性能较差;框架跨度的增加同样会降低结构的延性,填充墙更容易发生破坏。
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