基于有限元分析的砌体房屋加固整体性能的研究

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砌体结构是我国住房中常见的一种结构形式,具有就地取材,造价低廉,施工操作简单等特点,所以在农村普遍使用这种结构。本文以国家“十一五”重大科技支撑项目——山区住宅建造施工技术集成应用课题为项目研究背景,用有限元软件模拟构造柱——圈梁加固的砌体结构和未加固的砌体结构,选取堰河村示范项目中一个具有代表性的砌体房屋——银杏山庄为研究实例,输入地震波对结构进行分析,以验证农村房屋的加固效果和这种方法的实效性。研究主要内容包括:(1)分别选取无洞墙体、开洞墙体,选取分离式模型的建立方法,利用ANSYS有限元软件,按实体尺寸建立模型,采用低周反复荷载加载的方法进行数值模拟,研究有无洞口的墙体的破坏机理,再比较两片墙体分别添加构造柱的情况,从强度、刚度、延性、极限位移及抗震性能等多项性能指标进行分析,归纳出构造柱——圈梁系统对墙体构件的性能的改变;(2)按银杏山庄实测图纸建立整体连续式模型,运用时程分析的方法,分析该房屋在地震作用下的纵向地震响应,用构造柱——圈梁系统对原结构房屋进行加固,从基底剪力、顶点位移等比较加固前后结构的整体性能及变形。模拟结果表明:(1)在往复荷载作用下,开洞墙体的洞口周围最容易出现裂缝,洞口大大削弱了墙体的强度,使得开洞墙体的极限承载力较无洞情况在很大程度上降低;(2)通过构造柱加固的砌体墙体,虽然对原结构在强度上提高很小,但极限位移为原结构的2.5-5倍,刚度、延性及抗震性能也大大提高;(3)构造柱——圈梁系统能够提高房屋的整体刚度,使得整体结构受力均匀,在同一地震波作用下,采用该方法加固的房屋顶点位移约为原结构的1/4。通过有限元分析方法,本文比较了构造柱——圈梁系统对砌体结构从构件到整体结构的加固情况,从理论上验证了该加固方法对改善砌体整体性能是可行的。研究成果具有重要的现实意义,该项加固技术能被用于改善砌体房屋整体性能及抗震性能。
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