圈梁构造柱约束砌体结构的抗震性能分析

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2008年四川省汶川县8级特大地震中砌体结构造成了大量人员伤亡和财产损失,通过灾后调查分析发现,结构体系不合理、圈梁构造柱等构造措施不足是造成这一严重后果的主要原因。基于此,本文利用大型通用有限元软件ABAQUS对圈梁构造柱约束砌体结构的抗震性能展开分析,主要内容如下:(1)总结归纳了历次地震中砌体结构的典型破坏形态,在查阅大量文献的基础上对国内外圈梁构造柱约束砌体结构的研究现状进行了综述。(2)讨论了砌体结构有限元分析时材料模型、本构以及破坏准则的选取。(3)利用ABAQUS自带的混凝土损伤塑性模型(Concrete Damaged Plasticity)对砌体墙体整体建模,进行了水平单调及低周反复加载模拟,讨论了圈梁构造柱约束措施对砌体墙体承载力,变形能力以及耗能能力的影响,并通过塑性应变PE模拟了裂缝的分布。结果表明,圈梁构造柱约束措施对砌体墙体的变形能力提高较多,对承载力的影响较小;在往复荷载作用下,约束墙体的滞回曲线饱满,耗能能力更好;采用塑性应变模拟实际裂缝是可行的。(4)通过ABAQUS中的频率提取分析步对四种约束措施不同的砌体结构进行了模态分析,结果表明圈梁构造柱约束措施对砌体结构的模态影响不大,计算所得基本周期与经验公式计算值相近。(5)通过ABAQUS中的单精度显式动态分析步对四种约束措施不同的砌体结构进行了罕遇地震作用下的时程分析。采用受拉损伤因子d来描述结构的破坏,并利用层间位移角作为指标对各结构的抗震性能进行评估。结果表明,损伤分布与实际震害较吻合,约束措施可以较大幅度的改善结构的抗震性能,但对底部剪力的影响较小,可以忽略不计。采用层间位移角评价砌体结构的抗震性能具有可行性。
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