钢框架分区填充墙有限元模拟及抗震性能分析

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砌体填充墙RC框架结构是建筑工程中常见的一种结构体系。填充墙作为非结构构件,起分隔和维护作用,但填充了墙板的框架的初始刚度会远大于空框架的初始刚度。且传统的填充物自身强度高,当整体具有不规则的布置时,填充墙和框架在共同抵御地震作用时有较大的不确定性,这种不确定性危害建筑结构使用的安全性以及整体延性,产生“短柱破坏”、“薄弱层破坏”、“扭转破坏”等现象。墙体平面内的损伤越高,平面外承载力也会越小。因此近年来震后修复成本控制的需求导致对墙体损伤控制的要求越来越高。通过采用阻尼层和墙体分区技术能削弱框架填充墙的相互作用,减小墙体损伤、降低施工成本、简化构造、提高框架填充墙平面外承载力、提升整体的抗震性能、增强延性。本文基于《长跨钢框架填充墙的分区技术与抗震性能试验研究》,利用ABAQUS有限元软件对不同构造形式的框架填充墙进行墙体分区数值模拟,主要研究内容和成果如下:(1)介绍了框架填充墙的发展和研究现状,归纳总结了新型阻尼填充墙在墙材选用、施工构造和抗震机理等方面的研究进展,以及有限元分析方法在研究框架填充墙抗震性能方面的应用和发展情况,初步了解了提高框架填充墙结构抗震性能的途径和措施。(2)优化了钢框架分区填充墙有限元数值分析的建模方法与步骤,讨论了建立有限元模型时所采用材料的本构关系,建立了分区填充墙有限元模型和刚性连接墙体的对比模型,讨论了分区填充墙有限元模型参照试验实际情况建立的依据,并验证了模型的可靠性。(3)结合试验试件的实际破坏情况,对比分析了横向分区填充墙、带门窗洞口填充墙、带窗洞口竖向分区填充墙3个有限元模型的应力分布情况,等效塑性应变发展过程、滞回特性、骨架曲线、刚度退化等各项抗震性能指标。结果表明:采用墙体分区技术的钢框架填充墙具有好的平面内抗震性能和低损伤特性。(4)在上述研究的基础上,通过改变竖向分区的分区层数和墙体的材料来探究不同分区层数、墙体高跨比和墙材对结构抗震性能的影响,结果表明:不同分区层数及不同子面板高跨比对极限承载力和延性的改变不大,但设计合理的分区有利于提高施工的质量和效率;引用不同墙体材料对极限承载力和延性的改变较为明显,不同的墙体材料也会影响整个试件承载力变化的速率。总体来看,新型墙体和分区技术的应用具有良好的研究前景和应用性。
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