开门洞砌体填充墙RC框架结构抗震性能的有限元分析

填充墙RC框架结构是我国及世界上广泛使用的结构形式之一,由于使用功能的需求,建筑中经常设置门窗洞口,洞口的存在对填充墙RC框架结构的抗震性能有着显著的影响。本文基于有限元分析平台分别对实体填充墙和开门洞填充墙进行了分离式建模,通过已有的试验结果验证了有限元模型的适用性。研究了不同门洞位置的填充墙对RC框架结构抗震性能的影响。结果表明,开门洞填充墙框架结构的侧向承载力和刚度明显低于实体填充墙框架结构。门洞远离加载侧框架柱时,易形成不理想的"短柱效应",洞口的压缩变形较大。门洞的位置对框架结构的整体刚度和承载力的影响较小,但是对结构延性影响较大,门洞位于填充墙的中心时,结构延性较偏心开门洞填充墙的情况更好。     

轻质砌块填充墙框架抗震性能数值模拟中整体式与分离式建模的比较研究

介绍了带墙框架数值模拟中整体式和分离式两种常见的建模方法,基于ABAQUS建立有限元模型并通过与物理模型试验的对比,分析试验现象与数值模拟采用不同建模方式的差异以及造成这种差异的原因。描述了墙-框架界面的处理方式和墙体砂浆界面的接触参数设置,发现墙-框架界面的不同处理方式影响填充墙内部竖向裂缝的发展。总结在参数设置合理的前提下,分离式建模相对于整体式建模的优点,对砌体结构和带墙框架结构建立合理有效的有限元模型提供建议:对于砌体墙而言,在仅考虑刚度和极限承载力而不考虑裂缝发展情况时,为降低计算成本可采用整体式建模;对于带墙框架而言,由于墙-框架间的相互作用对模拟结果影响较大,须考虑填充墙内部开裂,采用分离式建模较准确。     

带竖缝砌体填充墙钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究

为了研究带竖向缝槽砌体填充墙对框架结构抗震性能的影响,开展了3榀带竖向缝槽砌体填充墙框架结构模型、1榀整体砌体填充墙框架结构模型和1榀纯框架结构模型在低周反复荷载作用下的对比试验。对比分析了各试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、承载力退化和耗能性能等。结果表明：砌体填充墙的存在显著提高了框架结构的抗侧刚度和水平承载力,砌体填充墙参与了结构的滞回耗能,砌体填充墙框架的累积耗能能力明显优于纯框架;在填充墙与框架柱间设置一定宽度的竖向缝槽,减少了两者间的相互作用,延缓了填充墙和框架梁、柱的开裂,其水平承载力介于纯框架和整体填充墙框架之间,但其延性和耗能能力得到了较大的改善;在填充墙中设置一定宽度的竖向缝槽形成带竖向缝槽砌体填充墙框架,其水平承载力介于纯框架和整体填充墙框架水平承载力之间,其极限位移角与纯框架的基本相同,具有较好的延性和耗能能力。     

考虑全填充墙作用的钢筋混凝土框架抗连续倒塌性能分析

为探究钢筋混凝土(RC)全填充墙框架在边中柱失效情况下的抗连续倒塌性能及其承载力计算方法,基于已有试验和有限元程序OpenSees建立宏观有限元数值模型展开研究。数值模型中的梁柱采用基于力的纤维梁单元模拟,填充墙则转化为等效斜撑并用桁架单元进行表征。填充墙宏观模型涉及等效斜撑的宽度、数量和相应材料属性的确定,为此对比了不同等效斜撑模型的适用性,确定了一种连续倒塌工况下全填充墙的宏观模拟方案。进而利用验证的数值模型,揭示全填充墙框架防倒塌的荷载传递机制,并研究了层数和填充墙砌体抗压强度对抗倒塌性能的影响。结果表明：全填充墙框架荷载主要通过墙体对角传递且全填充墙会与周围框架形成一种桁架机制;随填充墙砌体抗压强度降低,结构抗力峰值呈下降趋势。最后,以填充墙和周边框架竖向承载刚度比为基本参数,建立了通过求得填充墙和框架刚度以及纯框架理论弯曲承载力,便可快速评估规则RC填充墙框架防倒塌能力的回归模型。     

砌体填充墙对RC框架结构抗震性能影响的研究

砌体填充墙作为改变结构受力性能的关键因素,其对框架结构的抗震能力乃至建筑物的安全稳定有着至关重要的作用。围绕砌体填充墙对RC框架结构抗震性能的影响,介绍了砌体填充墙RC框架结构的受力过程和破坏模式,从水平承载力、刚度效应和变形能力三个方面对国内外研究成果展开了分析总结,并根据当前研究现状对框架结构未来的发展方向进行了展望。     

砌体填充墙对RC框架结构短柱失效机制的影响及抗震措施

震害分析表明,开通窗砌体填充墙易引起RC框架结构短柱失效破坏,通过理论分析及DIANA非线性有限元分析,对开通窗及窗间设翼墙两种情况的填充墙RC框架结构的失效机制进行研究。分析表明:开通窗砌体填充墙由于对框架柱产生刚度效应和约束效应,框架柱的内力、变形规律发生改变,填充墙开通窗容易引起RC框架结构短柱剪切破坏;填充墙砌筑材料和填充墙布置的情况是影响框架短柱失效机理的主要因素,材料越强、布置越高,短柱效应越大;提出避免填充墙引起短柱失效机制的抗震措施,框架柱窗间设翼墙可有效改善开通窗填充墙框架短柱的受力性能,对控制框架短柱剪切破坏具有显著的效果。     

现浇构造柱对砌体填充墙钢框架抗震性能影响

为了研究现浇构造柱对框架结构砌体填充墙的抗震性能的影响,对三榀足尺单层单跨框架结构开展了拟静力试验,总结了水平荷载作用下不同框架结构的填充墙的裂缝萌生、扩展规律,分析了各框架结构的滞回曲线、耗能特性和刚度特性。研究表明：现浇构造柱改变砌体填充墙的裂缝发展模式,无构造柱砌体填充墙破坏以水平滑移裂缝为主,现浇构造柱砌体填充墙“X”形剪切裂缝为主;相对于无构造柱砌体填充墙,现浇构造柱填充墙框架结构屈服荷载提升70.18%,屈服位移提前34.17%,最大刚度提高1.48倍;填充墙的存在显著增强了框架的耗能能力,构造柱对砌块填充墙的等效黏滞阻尼比影响不明显,对累计耗能能力影响显著。根据填充墙体的对角撑杆效应,建立了现浇构造柱填充墙框架简化力学模型,提出考虑构造柱对墙体承载能力影响的框架填充墙侧向刚度计算公式,基于模型试验结果验证了其科学合理性。     

底部边界约束对填充墙RC框架结构抗侧性能影响的非线性仿真分析

底部边界约束对填充墙RC框架结构抗侧性能影响明显,考虑底部约束效应,合理计算填充墙框架结构侧移刚度及其水平抗力的设计方法亟待形成。采用ANSYS程序对3个单层单跨填充墙框架模型进行非线性仿真分析并与其试验结果对比验证之后,建立了3个单层单跨和3个两层单跨不同开洞率的填充墙框架结构模型,模拟分析了底部边界约束对填充墙RC框架结构抗侧性能的影响,得出了底部构件越刚,墙体所受约束更强,墙体受力区域及其传力路径越优,结构抗侧承载力及侧移刚度越大等结论。     

多层砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究

为了研究砌体填充墙沿框架层不连续布置对框架结构抗震性能的影响,进行了3榀两层单跨砌体填充墙框架结构模型、1榀单层单跨砌体填充墙框架结构模型、1榀两层单跨框架结构模型和1榀单层单跨框架结构模型的对比试验,分析了各试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、承载力退化和耗能性能等抗震性能指标。结果表明：无论是单层单跨还是两层单跨的砌体填充墙框架结构,其水平峰值荷载和初始刚度比相应的纯框架结构均有较大幅度的提高,且其刚度退化程度比相应纯框架结构要缓慢;砌体填充墙的存在提高了框架结构的抗侧刚度和水平峰值荷载,使框架结构的变形由剪切型逐渐转变为弯剪型;砌体填充墙参与了结构的滞回耗能,填充墙框架的位移延性和累积耗能能力明显优于框架;砌体填充墙沿框架层不连续布置会引起框架结构层间侧移刚度和层间受剪承载力发生突变,影响框架结构的破坏形态,但由于砌体填充墙参与了框架结构的滞回耗能,故其仍具有较好的抗震性能。     

阻尼砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究

通过对阻尼砌体填充墙框架、空框架和普通砌体填充墙框架的低周反复加载试验,对比研究阻尼砌体填充墙框架结构的滞回性能、承载能力、变形能力、延性、刚度退化、耗能性能和破坏特征等。结果表明：阻尼砌体填充墙通过砌体单元往复剪切阻尼层参与结构的滞回耗能,具有良好的耗能效果,阻尼砌体填充墙框架结构滞回曲线饱满,耗能能力强,等效黏滞阻尼系数在0.1以上;阻尼砌体填充墙能为框架提供一定的抗侧力和抗侧刚度,但其对框架提供的抗侧刚度和约束效应较普通砌体填充墙大为削弱,避免了框架柱产生剪切破坏;阻尼砌体填充墙框架结构的承载力衰减速率和刚度退化速率明显较普通填充墙框架结构缓慢,极限层间位移角与空框架的基本相同,具有良好的延性和变形能力。     

预制装配式钢筋混凝土一体化剪力墙抗震性能研究及构造方案优化

针对预制装配式剪力墙结构,提出了内置空心管的混凝土填充墙与实体剪力墙墙肢一同浇筑生产、安装施工的预制一体化剪力墙结构。通过5个外形尺寸、墙肢和连梁配筋相同的混凝土双肢剪力墙的拟静力试验,探究了无填充、砌块砌体填充和一体化整体填充的剪力墙抗震性能,总结了这三类墙体的破坏形态、受力特点、承载与变形能力、刚度、延性和耗能能力的特点。试验结果表明：预制一体化剪力墙在水平往复荷载作用下发生弯剪破坏,相比于无填充墙试件和砌体填充试件,其抗侧刚度和受剪承载力有明显提高,同时具有良好的抗震性能。最后,基于OpenSEES平台对拟静力试验结果进行了有限元验证,得到了吻合程度较好的滞回曲线、骨架曲线及墙肢纵筋应变;根据试验结果与有限元分析,提出了预制一体化混凝土剪力墙结构合理的填充墙构造方案。     

钢框架内嵌角部圆弧缺口AAC砌体填充墙滞回性能研究

基于在填充墙的角部设置缺口可弱化拉(压)力带的原理,设计了一系列钢框架内嵌角部圆弧缺口填充墙试件,包括1个纯钢框架、1个无缺口蒸压轻质加气混凝土(AAC)砌体填充墙钢框架和9个带不同尺寸圆弧缺口的AAC砌体填充墙钢框架,采用ABAQUS软件对各试件进行了有限元模拟分析.研究了填充墙角部设置的圆弧缺口构造对钢框架滞回性能...     

内嵌CCA板填充墙对钢框架结构受力性能的影响

为了研究蒸压无石棉纤维素纤维水泥板(CCA板)填充墙对钢框架结构受力性能的影响,对纯框架和带CCA板填充墙钢框架进行了低周往复加载试验,并利用有限元软件ABAQUS进行了模拟分析。根据试验及有限元模拟结果对带CCA板填充墙钢框架的承载能力、抗侧刚度和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明:在低周往复荷载作用下,CCA板填充墙提高了钢框架结构的承载能力、抗侧刚度;CCA板填充墙参与了钢框架结构的滞回耗能,带CCA板填充墙钢框架的累积耗能能力明显优于纯框架;与纯框架相比,带CCA板填充墙钢框架的初始刚度有所提高;当位移角达到某一限值时,CCA板填充墙的损坏会引起钢框架结构的刚度发生突变,钢框架结构非弹性设计不应考虑CCA板填充墙对钢框架结构刚度的提高作用;所得结论可为带CCA板填充墙钢框架的工程应用提供参考。     

Analytical estimation of lateral resistance of low‐shear strength masonry infilled reinforced concrete frames with openings

Presence of openings in an infill wall alters its behavior and reduces load resistance and stiffness of the infilled frame. In this paper, a simple method for estimating the lateral resistance of infilled frames with openings is proposed based on experimental data. Six half‐scale, single‐story single‐bay reinforced concrete frame specimens were tested under in‐plane lateral loading. The lateral strength of reinforced concrete (RC) frame could be estimated by assuming the formation of plastic hinges in the end regions of the members. In the specimens with central openings, the major load resistance mechanism of the infill panel was the formation of a compression strut and lateral strength of infill panel could be considered as the smallest values of the diagonal tension and corner crushing modes. In the specimens with eccentric openings, the load resistance mechanism of masonry infill was the formation of a compression strut and bed‐joint sliding in 2 opposite loading directions; thus, the lateral resistance of infill panel could be estimated in diagonal tension and corner crushing modes in one direction and bed‐joint sliding mode in another direction. Furthermore, the deformation capacity and structural performance levels are suggested for solid and perforated infill panels based on test observations.     

面内往复荷载作用下足尺砌体填充墙的易损性研究

为了研究钢筋混凝土(RC)框架结构中砌体填充墙的地震易损性，进行了6个足尺含填充墙RC框架试件的面内往复加载试验。各试件中RC框架的设计参数均相同，其中3个试件含普通黏土砖填充墙，另外3个试件含水泥空心砌块填充墙。试验过程中，记录了砌体填充墙的损伤发展过程，并以墙体裂缝宽度和破碎坠落现象作为损伤指标，定义了“明显破坏”、“严重破坏”和“危及安全”等3个损伤状态。在此基础上，以层间位移角作为工程需求参数，建立了普通黏土砖和水泥空心砌块填充墙的易损性曲线。易损性分析结果表明，当试件的面内侧向变形达到GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》规定的框架结构弹性层间位移角限值时，黏土砖和空心砌块填充墙均极有可能达到或超越“明显破坏”状态，且空心砌块填充墙尚有22%的概率达到或超越“严重破坏”状态。与黏土砖填充墙相比，水泥空心砌块填充墙的易损性参数具有更大的离散性，且其整体性更差，当侧向变形较大时会出现破碎砌块坠落的现象。根据试验结果，给出了砌体墙最大残余裂缝宽度、最大裂缝宽度和层间位移角之间的近似相关关系。     

填充墙框架结构自振周期折减系数研究

目前规范针对混凝土空心砌块、加气混凝土砌块等一些新型砌体填充墙材料周期折减系数的取值问题尚未明确规定,但是自振周期折减系数对地震作用下RC框架结构的动力响应有着重要的影响。针对新型砌体填充墙RC框架结构的自振周期折减系数,运用Sap2000有限元软件进行分析研究并探讨了由于框架填充墙材料的不同、楼层层数的不同导致自振周期和周期折减系数的取值不同问题,给自振周期折减系数的取值提出了合理建议,为今后在结构设计中针对RC框架结构周期折减系数的取值大小问题提供有力的参考依据。     

钢筋混凝土框架填充墙结构抗震性能分析

针对砌体填充墙框架结构在地震作用下的受力特点,结合汶川地震,分析了填充墙框架结构产生震害的主要原因。建立了填充墙简化分析的等效双压杆模型。着重研究了地震荷载作用下,填充墙对框架性能的影响。结果表明,砌体填充墙对提高结构的抗侧刚度和强度有一定的作用,改变了框架结构塑性铰的分布和发展水平。同时也表明,砌体填充墙在地震作用时有一定的耗能能力。     

钢板带加固砖填充墙RC框架抗震性能试验研究

为研究钢板带加固砖填充墙RC框架的抗震性能,设计了缩尺单层单跨的纯RC框架1个、砖填充墙RC框架1个以及钢板带加固砖填充墙RC框架2个,考虑砂浆强度的影响,并对钢板带施加一定的预应力。基于低周往复荷载试验,对比分析了不同类型框架的破坏过程、滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性和耗能能力。结果表明：钢板带加固砖填充墙RC框架可提高其承载力与耗能能力,但位移延性系数略有下降;钢板带加固基本不影响砖镇充墙RC框架的初始抗侧刚度,但是在层间位移角为1/100~1/50时,割线刚度可以提高24.6%~31.9%;螺栓孔对水平灰缝的削弱会影响填充墙的破坏形态;砂浆强度的提高会增加钢板带加固砖填充墙RC框架的初始抗侧刚度、峰值荷载与耗能能力。此外,提出了预应力钢板带加固砖填充墙RC框架的水平承载力计算方法,具有较好的预测精度。