预制构造柱砌体结构抗震性能模拟及设计规定

摘要

随着新技术、新材料的研发，砌体结构的发展也越来越快。砌体结构因其造价低廉、保温隔热效果好、砌筑方便等优点，更是使得其在我国被广泛应用。然而在唐山、汶川地震等特大自然灾害中砌体结构却出现了大量损毁。经过灾后调查研究，缺乏足够的抗震措施是造成这种情况最主要的原因。唐山地震后，我国结构设计专家提出对砌体结构设置圈梁、构造柱的构造措施加强砌体结构的抗震能力，这种措施经过试验和灾害检验被认为是切实可行的。然而，圈梁、构造柱因施工需要支立模板、对施工人员施工技术要求较高等缺点使得其在实际应用中受到了一定的阻碍。针对这些问题，本团队设计研发了装配式构造柱并已取得相关专利。装配式构造柱分为芯柱式和预制式两种，本文主要研究预制式构造柱用于砌体结构的设计规定和抗震性能。
　　本文首先以验证ABAQUS适用性为目的数值模拟了预制式构造柱约束墙体伪静力试验，并对比分析试验与模拟结果在墙体变形、耗能能力等方面的差异。然后严格按照现有规范中对于钢筋混凝土现浇构造柱约束砌体的设计规定设计了四组算例进行Pushover静力弹塑性分析，与相同平面布置和材料强度下设计的预制式构造柱约束砌体结构进行抗震能力的对比，依据两者抗震性能的差异提出适合预制式构造柱约束砌体结构的设计规定。最后选取一组模型采用ABAQUS进行弹塑性时程响应分析，提取层位移、层间位移角、结构塑性损伤等指标全面考察预制式构造柱约束砌体结构的抗震性能。基于上述工作，本文得出的主要结论如下：
　　①将预制式构造柱视为灌芯混凝土砌块砌体进行数值模拟是可行的，结果表明预制式构造柱约束墙体在水平反复荷载作用下的滞回耗能能力、变形能力、延性较好以及对墙体的约束作用良好。
　　②对预制式构造柱约束砌体结构提出了相比现有规范规定的现浇构造柱约束砌体结构更严的构造柱布置措施——加密构造柱方案和减少一层层数方案。
　　③统计动力时程响应分析结果表明，预制式构造柱约束砌体结构抗震性能良好，其抗震性能与现浇构造柱约束砌体结构相差不大。两种构造柱约束砌体结构在地震作用下变形一致；结构层间位移角均满足相应地震作用水准下的限值要求；并且从能量平衡关系来看，加密构造柱方案和减少一层方案设计的预制式构造柱约束砌体结构在地震中的耗能优于现浇构造柱约束砌体结构，说明对预制式构造柱提出的设计规定是合理的。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2砌体结构震害

1.3砌体结构构造柱国内外相关研究

1.4预制式砌体结构国内外相关研究

1.5本文研究目的和内容

2 砌体结构的非线性有限元分析方法

2.1 砌体结构有限元法介绍

2.2 材料模型及本构关系

2.3 预制式构造柱约束墙体抗震性能试验数值模拟

3 预制式构造柱约束砌体结构设计规定研究

3.1 砌体结构抗震性能评估指标研究

3.2 静力弹塑性分析方法介绍及原理

3.3 模型算例设计

3.4 算例分析

3.5 本章小结

4 预制式构造柱约束砌体结构动力弹塑性时程分析

4.1 地震波选取

4.2 模态分析

4.3 算例分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录