砌体结构在地震作用下的倒塌模拟与分析

利用显示动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对一个2层砌体结构在地震作用下的倒塌进行数值模拟,比较了房屋四角设置构造柱的影响,并分析了破坏模式.结果表明,通过设置合理的参数和计算模型,数值模拟便可得到与实际倒塌相一致的结果.通过对砌体结构倒塌过程的模拟分析,可以定性了解砌体结构在强震作用下的薄弱部位,从而方便设计人员采取针对性措施来提高其抗震性能.震害分析得知,边缘墙体破坏比中间墙体严重,底层墙体比上层严重;地震作用下砌体房屋中的墙体在破坏前产生大量斜向或交叉裂缝、水平裂缝或竖向裂缝,窗间墙出现"X型剪切裂缝".在多层砌体结构中设置钢筋混凝土构造柱对防止房屋在地震中发生突然倒塌是必不可少的.     

多层砌体结构的地震反应分析

在汶川地震后的震害统计中发现,倒塌并造成人员伤亡的主要是多层砌体结构,因此对多层砌体结构进行动力分析研究,了解多层砌体结构在地震作用下的破坏过程成为一件有意义和有必要的工作。结合汶川地震,阐述多层砌体结构在地震作用下的破坏特征,研究如何通过数值模拟得到能反映多层砌体结构在地震作用下的开裂压碎情况的破坏过程。通过有限元软件ANSYS,探讨了多层砌体结构动力分析中的有限元建模分析方法,提出运用砌体等效体积单元,建立多层砌体结构的方法能有效模拟在地震作用下多层砌体结构随着时间历程的发展而产生的开裂压碎等破坏过程,为多层砌体结构的模拟分析提供技术支持。     

砌体结构抗连续性倒塌影响分析

用ANSYS/LS-DYNA软件对二层砌体结构进行了地震倒塌模拟,倒塌模拟过程中通过改变底层墙体强度来分析底层墙体对砌体结构抗连续性倒塌的影响。模拟结果表明提高砌体结构底层强度,可以延缓砌体结构开始破坏时间和开始倒塌时间,但是,底层墙体强度有一个最优值,当底层强度超过最优值时,开始破坏时间和开始倒塌时间不仅不会延缓,反而会提前。     

混凝土组合剪力墙结构建筑倒塌过程的模拟与防倒塌设计

分析对混凝土组合剪力墙结构性能的数值模拟方法,基于离散单元法提出结构倒塌分析的理论模型。针对混凝土组合剪力墙内的局部破坏作用,在分析构件反应的基础上采用离散单元法对结构平面倒塌过程进行了数值模拟通过试验研究了混凝土块体间碰撞的力学行为,并结合扩展的数值分析建立混凝土块体在碰撞形式下的计算模型。分析地震作用下混凝土组合剪力墙框架结构及砌体结构空间倒塌过程。通过图形建模技术,实现混凝土组合剪力墙结构倒塌过程数值模拟。模拟结果与振动台模型试验结果及工程实测结果比较表明,所采用的离散单元法适合混凝土组合剪力墙结构大变形阶段的分析。同时对不同荷载及作用下建筑结构抗倒塌设计方法进行了总结,并指出混凝土组合剪力墙结构参数对抗连续倒塌性能的影响及实用的防连续倒塌设计方法。     

框架建筑砌体结构震害调查及原因浅析——以汶川震后漩口中学为例

漩口中学位于汶川地震中极震区映秀镇,系2008年地震遗址。本文主要对该校的框架建筑中的砌体结构震害展开调查,粗略分析了砌体结构的倒塌形式,给出了影响框架建筑砌体结构倒塌形式的原因,总结出框架建筑砌体结构在震中破坏的几种表现形式。     

基于LS-DYNA的结构连续倒塌过程数值模拟

结构在突发灾害作用下,通常引起局部构件的直接破坏,并进一步导致整体结构破坏、倒塌。这种倒塌破坏模式称为连续倒塌,其破坏模式十分复杂,具有动力性、非线性、不确定性等特点。本文应用大型动态数值计算模拟软件ANSYS/LS-DYNA,模拟框架结构的倒塌全过程。分析平面框架及空间框架结构在倒塌过程中不同的失效模式,研究不同失效区域下的倒塌的情况及堆积范围、应力最大点等问题的分析。同时,实现结构的载荷传递路径以及内力重分布的可视化,从而可以为实际工程结构的倒塌预防与控制提供一定的理论基础。     

地震作用下砌体结构倒塌数值模拟应用

以ABAQUS作为计算平台,对在地震作用下未加固和加固后的老旧砌体结构进行了倒塌数值仿真。以北京市某典型老旧砖砌体住宅为例,选取了7组地震波,采用时程分析方法对结构地震倒塌机理和过程进行了模拟。首先分析了未加固的结构在7个工况下的地震反应,结果表明,未加固结构在中震作用下有6个工况出现倒塌,需要进行抗震加固。考虑了圈梁构造柱和外套结构加固两种加固方法,对加固后的砌体结构进行了倒塌分析,结果表明,单纯的圈梁构造柱加固可以提高结构的延性,但部分中震工况下仍然出现了倒塌或局部倒塌,大震工况下结构全部倒塌。即使在考虑后续使用年限50年的情况下,采用外套结构加固的砌体结构仍然能够满足"大震不倒"的设防目标。     

地震作用下砌体结构倒塌反应的数值模拟计算分析

本文建立了能反映砌体结构出平面破坏的三维空间刚体离散单元模型,并编制了计算机仿真程序,模拟了地震作用下砌体结构的倒塌反应,模拟结果和振动台试验结果比较,效果良好。     

极震区典型砌体结构的振动台倒塌对比试验分析

通过实地科考与测量,掌握了北川电信职工住宅楼的破坏状态及模态信息。通过两栋单层砌体结构模型的振动台倒塌对比试验,再现砌体结构的倒塌过程,研究砌体结构的地震破坏模式及倒塌机理。试验表明,各道纵(或横)墙的层间刚度分布不均是造成砌体结构底层破坏或倒塌的主要因素;由于同一方向墙体的刚度差异造成了各道墙体承担的水平地震剪力相差悬殊,进而使得各道墙体在地震时先后被个个击破,最终造成结构破坏甚至倒塌;增设翼墙及洞口两侧设置加强构造柱是提高墙体层间刚度的重要措施。该试验结果可解释北川电信职工住宅楼在汶川地震11度区未发生倒塌的原因,同时可为砌体结构底层同一方向墙体按照刚度匹配的原则设计奠定试验依据。     

强震作用下钢筋混凝土结构的数值模拟

强震作用下建筑结构的抗倒塌能力是基于性能抗震设计的核心目标,故对建筑结构在强震作用下的复杂非线性行为特别是倒塌破坏模式进行模拟和预测对于研究建筑物的安全性以及评估地震损失有重大意义。基于目前结构数值模拟的最新研究进展,利用大型通用有限元分析软件MSC.MARC平台,提出可用于钢筋混凝土框架剪力墙结构地震响应分析的弹塑性数值分析模型,并通过一个实际算例演示该分析模型在模拟RC框剪结构强震作用下倒塌过程,表明其可用于RC框剪结构复杂抗震非线性行为的模拟和预测     

建筑结构倒塌过程模拟与防倒塌设计

针对结构性能的数值模拟方法进行了综合分析,基于离散单元法提出了结构倒塌分析的理论模型。通过试验研究了混凝土块体间碰撞的力学行为,并结合扩展的数值分析建立了混凝土块体在不同碰撞形式下的计算模型。针对建筑物内的局部爆炸作用,在分析构件反应的基础上采用离散单元法对结构平面及空间倒塌过程进行了数值模拟。建立了适用于任意加载路径的材料弹簧力-位移本构关系,据此分析了地震作用下钢筋混凝土框架结构以及砌体结构空间倒塌过程。采用基于OpenGL的图形建模技术,实现了结构倒塌过程数值模拟结果的三维可视化。模拟结果与振动台模型试验结果及工程实测结果比较表明,所采用的离散单元法适合结构大变形阶段的分析。为提高计算效率和精度,有必要采用多尺度的模拟分析。另外,对不同荷载及作用下建筑结构抗倒塌设计方法进行了总结。并指出结构参数对抗连续倒塌性能的影响、结构倒塌机理、实用的防连续倒塌设计方法以及地震作用下结构防倒塌定量设计方法等方面尚待深入研究,以便建立相应的防倒塌设计规范。图15参21     

长周期地震波作用下超高层结构连续倒塌数值模拟

基于ABAQUS软件对某超高层结构在长周期地震波作用下的连续倒塌数值模拟方法进行研究。采用纤维梁单元模拟框架梁和框架柱,采用壳单元模拟钢筋混凝土剪力墙和楼板。基于子程序实现梁单元材料积分点材料的失效用于模拟单元生死,基于混凝土弹塑性损伤本构近似模拟钢筋混凝土剪力墙与楼板的刚度削弱及失效,并采用单元接触考虑倒塌过程中单元之间的碰撞和结构碎片堆积情况。以某实际超高层结构为例,分析了结构的动力特性,并对该超高层结构在长周期地震波作用下的破坏模式和倒塌过程进行了模拟,可为超高层结构地震破坏机理和抗震设计研究提供参考。     

填充墙RC框架结构抗连续性倒塌性能数值模拟研究

为研究填充墙钢筋混凝土（RC）框架的抗连续性倒塌性能,对其进行了数值模拟研究。基于LS-DYNA软件,建立了填充墙RC框架的连续性倒塌分析的精细化有限元模型。模型中采用连续面盖帽模型模拟砖砌体,采用接触算法模拟砂浆。通过对4榀1/4缩尺的RC框架（两榀纯框架和两榀带填充墙框架）的Pushdown试验结果进行模拟分析,验证了有限元模型的精度,并分析了填充墙厚度和砌体强度对RC框架抗连续性倒塌性能的影响。分析结果表明：在所有失柱工况中,失去中柱的填充墙RC框架抗连续性倒塌的峰值荷载最大,填充墙对失去中柱的RC框架的提高作用有限;在移除角柱工况下,填充墙RC框架的抗连续性倒塌峰值荷载最小,填充墙对失去角柱的RC框架的提高作用显著。填充墙厚度比砌体强度对RC框架抗连续性倒塌峰值荷载的提升作用影响更为显著。     

震损建筑顶撑法仿真研究

归纳总结汶川地震的典型受损建筑特征及采用的救援技术。应用ANSYS有限元方法计算施加顶撑荷载前、后震损建筑在地震荷载作用下的反应,数值模拟顶撑位移作用下的受损建筑。分析结果表明:施加顶撑后结构的抗连续倒塌能力显著提高;顶撑距离过大,可能拉断构件或发生剪切破坏,故顶撑位移应为可进行救援的最小位移。     

基于离散元软件PFC^3D的砌体分析

多层砖混房屋是我国民用建筑的主要结构类型之一,在我国城镇建设中,数量最多、分布最广的就是这类房屋。尤其在经济不发达的农村乡镇地区更为普遍。历次地震中砌体房屋倒塌,造成大量人员伤亡和财产损失。自汶川大地震以来,砌体结构倒塌的研究逐渐受到重视。本文通过分析研究PFC^3D颗粒流方法的相关理论、PFC^3D模型建立过程中的各种参数及接触模型,结合砌体结构的实际工程利用三维离散元软件PFC^3D建立合适的分析模型,对地面施加简易的地震荷载,模拟两层两榀砌体结构的倒塌过程,研究结构受到的应力分布和破坏过程。     

建筑结构抗连续性倒塌研究进展与发展趋势

偶然荷载作用下结构可能会发生局部破坏而引起大范围或整体结构的连续性倒塌,建筑结构的连续性倒塌已经成为严重威胁公共安全的重要问题和土木工程学科的前沿课题.2001年美国"9·11"世贸大楼倒塌事件后,国内外学者聚焦结构抗连续性倒塌研究,对不同类型结构的倒塌机理、鲁棒性评价及设计方法等进行了深入研究,取得了诸多代表性的成果...     

某交错桁架结构体系动力性能分析

采用数值模拟分析方法,对采用交错桁架结构体系的工程实例进行多遇地震和罕遇地震下的整体受力分析,探讨其抗连续倒塌性能特点。计算结果表明:结构平面布置规则、竖向刚度均匀时,在多遇地震作用下,层间变形较小,各项指标均满足规范要求;罕遇地震作用下,结构最大层间位移角小于规范限值,可实现"大震不倒"的抗震性能要求;交错桁架结构体系的水平及竖向关键构件失稳后,结构端部桁架杆件虽然屈服,但未发生整体稳定性破坏,结构不会发生跨塌;柱发生破坏时,柱端纵梁及桁架形成转换梁效应,将上部柱传递下来的荷载进行重分配,结构不会发生连续性倒塌。     

无筋砌体结构多层住宅振动台试验与抗震性能评估

目前,我国城镇大量砌体结构老旧多层住宅面临抗震加固、功能提升等需求。为研究该类结构的抗震性能,进行一个5层无筋砌体结构模型的模拟地震振动台试验,测试分析了7度多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下的裂缝损伤发展状况以及楼层加速度、位移、自振频率、阻尼等变化规律。同时,进行非线性有限元分析,并用基于抗震鉴定标准、基于承载能力、基于位移和延性等不同方法,评估了试验模型对应原型结构的抗震性能。结果表明：试验模型纵向在7度多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下分别处于完好、轻微破坏和局部倒塌状态,不满足GB 50023—2009《建筑抗震鉴定标准》中对7度区A类建筑的抗震性能目标要求;罕遇地震作用下无筋砌体结构多发生薄弱层屈服破坏,整体结构延性很差,保证抗震墙面积率或楼层屈服强度系数是实现无筋砌体结构在罕遇地震作用下抗震性能目标的主要技术措施;采用基于位移的抗震性能评估方法可以客观地反映无筋砌体结构抗震性能随高宽比增大而降低的规律。     

边缘约束水平配筋砌体抗震倒塌研究

墙体倒塌的具体形式影响其极限承载力,进而影响到整个砌体结构在强震作用下的倒塌模式。本文基于圈梁-构造柱砌体墙在强震作用下的倒塌规律,假定砌体残存部分应力处于弹性阶段,通过砌体在倒塌阶段的抗倾覆分析给出了该类砌体的抗震倒塌分析的一般方法。     

城市交通系统抗震连通可靠性分析

通过考虑道路本身的破坏、路段上的桥梁以及路边建筑倒塌带来的瓦砾堆积三个因素对震后城市交通系统通行概率的影响，建立了路段通行概率计算模型，对交通网路实例进行了分析，表明结果较可靠，说明这一方法是合理的。