多層砌體結(jié)構(gòu)在地震中倒塌全過(guò)程數(shù)值模擬

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1、第卷增刊建筑結(jié)構(gòu)年月多層砌體結(jié)構(gòu)在地震中倒塌全過(guò)程數(shù)值模擬口許滸、余志祥、康翔杰、趙世春西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，成都抗震工程技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都摘要為了克服現(xiàn)有數(shù)值計(jì)算模型及算法在模擬多層砌體結(jié)構(gòu)倒塌過(guò)程中存在的問(wèn)題引人能夠考慮脆性材料大變形及塑性損傷的簡(jiǎn)稱本構(gòu)模型模擬砌體材料用完全連續(xù)介質(zhì)有限元法，采建立了一棟典型多層大開間砌體結(jié)構(gòu)計(jì)算模型選取經(jīng)典的波對(duì)其進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析基于顯式動(dòng)力，，積分及自動(dòng)接觸算法，再現(xiàn)了多層砌體結(jié)構(gòu)在地水平震作用下從彈性到破壞，再到倒塌的全過(guò)程。通過(guò)與實(shí)際震一害的比較，驗(yàn)證了上述材料模型及數(shù)值算法模擬多層砌體結(jié)構(gòu)倒塌破壞的有效性，針對(duì)

2、。此外同結(jié)構(gòu)模型在不同烈度下的破壞形式，探討了多層砌體結(jié)構(gòu)在特大地震下的倒塌機(jī)理及模式，揭示了其因豎向承重構(gòu)件失效而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)發(fā)生豎向倒塌的本質(zhì)。最后分析了頂部水平位移、頂部豎向位移及層間位移角限值分別作為倒塌判定指標(biāo)的適用性。關(guān)鍵詞多層砌體結(jié)構(gòu)；大開間；數(shù)值模擬；損傷模型；彈塑性時(shí)程分析倒塌模式；中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：?！?，，，；，，：：；；；；；概述見(jiàn)不鮮，說(shuō)明現(xiàn)階段應(yīng)用于多層砌體結(jié)構(gòu)的抗倒多層砌體房屋是中國(guó)分布最廣、數(shù)量最多的民用塌設(shè)計(jì)方法及構(gòu)造措施仍不完善還有待繼續(xù)研究。一建筑結(jié)構(gòu)形式之。由于其成本低、施工快在今后抗倒塌研究應(yīng)包括倒塌機(jī)理和倒塌模式的

3、研究，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍會(huì)被廣大經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的地區(qū)所采傳統(tǒng)的研究方法為通過(guò)實(shí)際震害對(duì)損傷破壞過(guò)程進(jìn)用。但眾所周知，砌體材料的抗剪、抗拉強(qiáng)度較低在行分析和推理對(duì)于巳發(fā)生嚴(yán)重倒塌破壞的結(jié)構(gòu)這水平地震作用下極易發(fā)生破壞若再缺乏圈梁一、構(gòu)造方法較為困難。采用整體結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)通過(guò)振動(dòng)柱及現(xiàn)澆樓板等有效拉結(jié)措施局部關(guān)鍵構(gòu)件的破壞臺(tái)或擬靜力加載方式能夠再現(xiàn)結(jié)構(gòu)倒塌全過(guò)程，但該將容易引起整體結(jié)構(gòu)的倒塌。長(zhǎng)期以來(lái)、周，國(guó)內(nèi)外學(xué)者方法存在成本高期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，不適宜大規(guī)模開展。對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能以及相關(guān)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了廣因此國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者采用了數(shù)值模擬方法對(duì)砌體結(jié)泛的研究尤其是唐山地震后，我國(guó)學(xué)者提

4、出的構(gòu)造措施法能夠初步頭現(xiàn)二水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)。然而在國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目。汶川地震中，多層砌體結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌破壞的案例仍屢作者簡(jiǎn)介。許滸博士研究生，。第卷增刊許滸等多層砌體結(jié)構(gòu)在地震中倒塌全過(guò)程數(shù)值模擬構(gòu)的破壞及倒塌展開研究。根據(jù)材料特性砌體力，并考慮材料的壓實(shí)。屈服面方程為：結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型主要包括將塊體和砂漿分別單獨(dú)考慮的分離式模型以及將塊體和砂漿考慮為均質(zhì)材料式中、、、為材料的強(qiáng)度參數(shù)的整體式模型。分離式模型能夠較準(zhǔn)確地獲得結(jié)構(gòu)為最大無(wú)量綱強(qiáng)度為無(wú)量綱壓力，為細(xì)部的應(yīng)力響應(yīng)，明確塊體和砂漿間的相對(duì)關(guān)系，但實(shí)際壓力，為混凝土靜態(tài)抗壓強(qiáng)度’為無(wú)過(guò)多的自由度數(shù)量及邊界非線

5、性將顯著提高計(jì)算成量綱應(yīng)變率為參考應(yīng)變率￡為損傷度由等效塑，，本，從而限制了模型規(guī)模，因此更適于構(gòu)件分析；整體性應(yīng)變和塑性體積應(yīng)變累、積得到；式模型則著重于把握分析對(duì)象的整體響應(yīng)且計(jì)算成匕本較低更適于結(jié)構(gòu)分析。本文即采用整體式連續(xù)介質(zhì)有限元模型，基于顯式動(dòng)力積分法和其中：為效塑性應(yīng)變?cè)隽俊樗苄泽w積應(yīng)變?cè)龊?jiǎn)稱損傷材料本構(gòu)，再現(xiàn)了棟量為損傷系數(shù)。，為材料的最大拉多層砌體結(jié)構(gòu)在不同烈度地震下的損傷及倒塌破壞況，實(shí)現(xiàn)了砌體結(jié)構(gòu)在地震下的彈性開裂破壞倒自式⑵可以看出灘土材，時(shí)，料不能承受任何塑性應(yīng)變。該模型的關(guān)系分為三個(gè)響軀時(shí)彈性區(qū)：當(dāng)，材料處于線當(dāng)；一種非連續(xù)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)在地震作

6、用下的倒塌是、大變形的高度非線性問(wèn)題其難點(diǎn)主要集中在對(duì)不連■始凝土內(nèi)部的氣泡開始破裂并開始產(chǎn)生破碎，混傾紋，但混凝土結(jié)構(gòu)還沒(méi)有完全破碎當(dāng)大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)的描述。很多簡(jiǎn)化的宏觀模型能夠完甘士“‘成砌體結(jié)贓賴■制程分析如等效：°框架模型、框支模型及三彈簧模型無(wú)法模，但擬結(jié)構(gòu)的分離一、下落和堆積等系列過(guò)程用這些，采撲模型計(jì)算得出的倒塌狀態(tài)，往往是根據(jù)位移或耗能等十士：尺尺為混式中、、凝土材料常數(shù)“；廣為混凝土空…、頭際倒損傷指標(biāo)定義的臨界性能點(diǎn)，而并非結(jié)構(gòu)的隙開始閉合時(shí)的界壓力；為混凝土材料全隙、押你、丨曰描±站油：七右科要塌丨丨士正田命崎。針對(duì)砌體倒塌模擬的難點(diǎn)有學(xué)者嘗試米用離

7、散全部一閉合時(shí)的臨界壓力與體應(yīng)變?！７?，（進(jìn)仃解決但由于該右制方法在模搬雜二維結(jié)棚賄階酬喊時(shí)還存二曰參照文，確定了模型模擬砌體時(shí)的相在一定難度且在最后獲得的倒塌范圍和堆積情況與實(shí)際存在較大差異關(guān)參數(shù)，并采用砌體材料的強(qiáng)度平均值作為計(jì)算參，因此該方法仍有待改善。此外，基于單元生死技術(shù)和接觸非線性的連續(xù)介質(zhì)有°限單模型模擬砌體材料參數(shù)表元法在砌體結(jié)構(gòu)倒塌模擬研究中取得了一些初步成丨’一果——，但還存在些問(wèn)題如不同構(gòu)件間的接觸設(shè)°置導(dǎo)致該部位的破壞情況與實(shí)際不符、單元生死技術(shù)與不恰當(dāng)?shù)牟牧掀茐臏?zhǔn)則結(jié)合會(huì)導(dǎo)致過(guò)多單元失效議等。為了解