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。     

开洞填充墙RC框架抗连续倒塌性能研究

为研究边柱失效工况下开洞填充墙钢筋混凝土(RC)框架的抗连续倒塌性能,在实验室制作了一榀1/4缩尺的三层两跨的开洞填充墙框架试件,并对其进行拟静力(Pushdown)加载。试验结果表明：填充墙可以大幅提高RC框架的抗连续倒塌性能,与纯框架相比,开洞填充墙RC框架的初始刚度、峰值荷载和极限荷载分别提高了521%、209%和86%。填充墙作为等效斜压杆传递了部分竖向荷载,使开洞填充墙RC框架的节点水平向外位移较大。此外,基于LS-DYNA软件建立精细化有限元模型和简化压杆模型,有限元分析结果表明：相比于精细化有限元模型,本文所提出的简化压杆模型可以更准确模拟填充墙在连续倒塌过程中的力学行为和抗力曲线,但对再现结构的破坏模式有所欠缺。填充墙的开洞会削弱墙体对RC框架抗连续性能的提升,在开洞率相等时,洞口开在中柱附近时的削弱作用最小;而填充墙开洞率和开洞数量的增加均会降低结构的峰值荷载。     

纤维增强混凝土耗能墙-钢筋混凝土框架结构抗震性能数值研究

在高性能纤维增强混凝土(HPFRC)耗能墙-钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能试验研究的基础上,考虑了RC框架混凝土强度等级、框架柱配筋率、框架柱截面尺寸三个因素,进行了有限元模拟分析。结果表明:建立的HPFRC耗能墙-RC框架结构有限元模型较为准确,有限元计算结果与试验结果吻合较好;随着RC框架混凝土强度等级的提升,试件各个荷载特征点的水平承载力均有所提高,但变形能力变化不大;随着框架柱配筋率和框架柱截面尺寸的增大,试件各个荷载特征点的水平承载力均明显提高,极限位移也有所增加;为了保证此类结构的抗震性能,针对RC框架混凝土强度等级、框架柱配筋率和框架柱截面尺寸,提出了可供设计参考的相关建议值。     

全填充墙钢筋混凝土框架不同失效工况下的抗连续倒塌机理研究北大核心

为研究失效工况对全填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗连续倒塌性能的影响,基于有限元软件ABAQUS,建立了不同失效工况下的全填充墙RC框架的抗连续倒塌分析的精细化有限元模型,选取了合适的本构模型,并与已有的试验研究结果进行了对比,验证了建模方法和本构关系选取的合理性。在此基础上,通过对比分析了不同失效工况下的全填充墙RC框架结构抗连续倒塌的全过程荷载-位移关系、试件的整体破坏模式以及填充墙的局部破坏模式。结果表明:中柱失效工况下全填充墙RC框架的峰值荷载最高,次边柱失效工况下次之,边柱失效工况下最低;全填充墙RC框架边界在强约束作用下,与失效柱相连的框架梁发生破坏,但相邻柱并不发生破坏,且填充墙会形成撑杆效应,而弱约束作用下,试件框架梁和相邻柱均会发生破坏,边界一侧无约束作用下,破坏会向有边界约束侧的相邻跨发生传递。     

砌体填充墙RC框架结构平面内抗震性能有限元模拟

砌体填充墙RC框架结构是我国建筑结构中普遍采用的结构形式,历次地震震害表明填充墙的刚度效应和约束效应改变了主体结构的传力机理,导致整体结构的严重破坏。为了分析其砌体填充墙RC框架侧向承载力和刚度,研究砌体填充墙与RC框架之间的相互协同工作机理和砌体填充墙的开裂模式以及砂浆层的滑移,该文利用三维实体单元和基于表面的粘性接触面模型和摩擦原理,建立一种能够较好地模拟其平面内抗震性能的分离式有限元模型。对一个已有试验分别建立普通有限元模型和分离式有限元模型,二者的分析结果与试验结果的对比表明,分离式有限元模拟方法可以更加准确地预测砌体填充墙RC框架结构的侧向承载力和刚度,并且可以有效地模拟出砌体填充墙的开裂模式,通过塑性应变可以判断出RC构件的失效。     

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。     

内爆炸作用下隧道衬砌结构动力响应数值分析

为准确研究内爆炸作用下隧道衬砌结构的动力响应,建立了“炸药 空气 结构 土体”流固耦合模型对全比例隧道衬砌结构的内爆炸试验进行了数值模拟。模拟首先采用精细网格的一维轴对称模型计算起爆阶段爆炸波在自由场中的传播,并在爆炸波抵达衬砌结构前将一维轴对称模型计算结果映射至三维流固耦合模型中继续计算爆炸波、衬砌结构以及土体的相互作用。数值模拟获取的超压时程及衬砌结构破坏形态与试验结果吻合较好,说明了所建立数值模型以及映射模拟方法的适用性。基于数值仿真结果对于隧道衬砌内爆炸过程的爆炸波流场特征进行了分析。研究表明：偏心爆炸工况下冲击波在爆炸远区出现了较长时间的汇集,此区域的衬砌结构承受了较大的冲击波超压及冲量作用,为抗爆设计的薄弱部位。     

填充墙RC框架结构抗连续性倒塌研究

论文基于备用荷载路径原理,采用非线性静力和非线性动力分析方法,研究了填充墙的布置对框架结构连续性倒塌性能的影响.建立一个4层RC框架结构模型,分别对纯框架结构和考虑填充墙布置的框架结构进行了分析,移除首层框架中柱,分析剩余结构在移除柱后的动力响应.分析结构表明,填充墙不仅能承受一定的竖向荷载,还能增大剩余结构的延性和失效跨内荷载重分配的范围,减小失效点的竖向位移,从而提高了结构的抗连续性倒塌能力.填充墙的不均匀布置对结构抗连续性倒塌性能有明显的消弱作用,在进行结构抗连续性倒塌设计时,应特别注意填充墙的数量和布置方式,避免形成薄弱层.     

考虑悬链线效应的钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌能力分析

为了研究悬链线效应对钢筋混凝土（RC）框架结构抗连续倒塌能力的影响,基于OpenSees建立可以考虑悬链线效应的RC框架宏模型,通过两个RC框架子结构在移除中柱后的竖向承载力试验结果对比,验证了所采用宏模型的合理性,并研究了悬链线效应对RC框架子结构抗连续倒塌能力的影响。分别采用备用荷载路径法中的非线性静力方法和非线性动力方法对1栋10层RC框架结构进行抗连续倒塌能力分析,研究悬链线效应对RC框架整体结构抗连续倒塌能力的影响。结果表明：不考虑悬链线效应的影响将低估RC框架结构的抗连续倒塌能力;在移除底层中柱情况下,不考虑悬链线效应分析得到的荷载放大系数最大值小于2.0,而考虑悬链线效应分析得到的荷载放大系数最大值则超过2.0。     

考虑填充墙影响的教学楼框架结构推覆分析

针对砌体填充墙框架结构在地震作用的下的受力特点,分析了填充墙RC框架结构产生震害的主要原因。建立填充墙简化分析的等效斜撑模型,利用SAP2000有限元分析软件进行填充墙框架结构教学楼的地震反应推覆分析。侧向加载模式分别采用振型荷载模式和均布荷载模式,主要考察填充墙对典型RC框架结构教学楼在大震作用下抗震性能的影响。分析结果表明:在大震作用下,结构达到能力谱方法确定的性能点时,按现行规范设计的框架结构教学楼的层间弹塑性变形能够满足规范要求。但填充墙的影响改变了框架结构塑性铰的分布和发展水平,尤其半高填充墙对框架柱的约束使得底层框柱可能发生剪切破坏,使结构在大震下倒塌的危险性增大。研究结果可为此类结构在大震作用下的抗震性能评价及抗震加固提供参考。     

不同连接方式砌体填充墙钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

填充墙的构造形式对框架结构的抗震性能影响较大。试验设计了7榀足尺的单层单跨钢筋混凝土框架,其中6榀为带加气混凝土砌块填充墙框架,1榀为空框架,对其进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验。填充墙与框架的连接方式采用柔性连接和刚性连接两种。柔性连接填充墙的变化参数主要包括构造柱的构造形式和数量、框架柱中拉结筋的设置与否和填充墙上设置竖向缝的数量。分析了不同填充墙构造形式框架的破坏特征、荷载 位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化、耗能能力。结果表明：柔性连接填充墙框架的抗震性能介于刚性连接填充墙框架和空框架之间;对于柔性连接填充墙框架,填充墙的构造措施对框架结构的抗震性能有一定的影响,但影响不大。     

开洞对RC框架填充墙平面外受力性能的影响

基于ABAQUS有限元分析软件,建立了钢筋混凝土(RC)框架砌体填充墙结构非线性有限元模型,并对框架砌体填充墙结构破坏全过程进行了模拟,验证了所建模型的可靠性。建立了200 mm厚的填充墙模型,分析不同开洞率、开洞位置、开洞形状对RC框架填充墙结构纵墙平面外抗震性能的影响,根据填充墙的等效应力云图和等效塑性应变云图,对模型的受力情况及填充墙的破坏形式进行分析,总结了开洞对填充墙平面外受力性能的影响。结果表明:在开洞率为10%,20%,30%,40%的框架填充墙模型中,开洞率越小,填充墙的平面外破坏就越接近脆性破坏; 开洞率为10%的填充墙框架尺寸不变时,开洞靠近框架柱开设,填充墙出现裂缝的层间位移角更小,发展更迅速; 开洞率为20%的填充墙框架尺寸不变时,开洞的高宽比越小,填充墙的边界裂缝和水平横缝出现的层间位移角越大。     

水平荷载作用下填充墙高度对RC框架结构受力性能影响的非线性分析

采用ANSYS软件对3个单层单跨开洞率不同的填充墙钢筋混凝土框架水平荷载试验模型进行了非线性分析,由分析结果可得计算值与试验结果吻合良好。用同样的模拟方法,对5个单层双跨不同填充墙高度的钢筋混凝土框架模型进行了水平荷载作用下的全过程模拟分析。研究结果表明,随着填充墙高度的增大,填充墙框架结构侧移刚度和水平承载力显著提高,结构延性相对降低;框架结构开裂荷载有所提高,但框架柱原有的"强剪弱弯"性能可能改变,出现箍筋先于纵筋屈服的不利情况;框架柱上段剪力值比原纯框架柱有明显增大,各跨墙高不等时,增幅更大;按照现行结构设计方法,框架柱正截面和框架梁弯、剪承载力设计是安全的,但是框架柱斜截面抗剪承载力的设计存在极大的安全隐患。     

Performance of alternative CFRP retrofitting schemes used in infilled RC frames

A number of experimental studies have been reported in recent literature about the beneficial effects of infill walls on the seismic response of reinforced concrete (RC) frames. The experimental study presented in this paper mainly focuses on the behavior of bare and carbon fiber reinforced polymer (CFPR)-retrofitted infilled RC frames with different bracing configurations. Quasi-static experimental results are presented and discussed on six 1/3-scaled infilled RC frames that were retrofitted using CFRP material in various schemes. The test results showed a significant increase in the yield and ultimate strength capacities of the frames with a decrease in relative story drifts, especially in the cross-braced and the cross diamond-braced type of retrofitting schemes. The energy dissipation capacities of the retrofitted frames turned out to be more than those of the bare infilled frame, thus reducing the seismic demand imposed on the frames. The cross diamond-braced type of retrofitting scheme, which was positioned on the infill wall and outside the beam–column connection regions of RC frame, showed the best behavior among the other schemes. This scheme not only prevented brittle shear failures of the infill wall, but also prevented the transfer of additional forces to the weak and brittle beam–column connections.     

基于易损性的RC空间框架填充墙结构连续倒塌能力分析

为研究填充墙对RC空间框架抗竖向连续倒塌能力的影响,对一栋6层双跨RC框架结构采用OpenSees有限元软件进行了建模,利用集中塑性的beamWithHinges单元模拟填充墙的性能。考虑到结构的不确定性,在有限元模型的基础上采用改进的拉丁超立方体抽样法获得了性能不同的100个纯框架结构和100个框架填充墙结构,并采用PDA方法和竖向IDA方法对取得的样本进行了易损性分析和对比。分析结果表明：填充墙提高了框架结构的抗倒塌能力,发生连续倒塌概率相同的情况下,框架填充墙结构的承载能力要比纯框架结构的高10%~20%。此外,两种分析方法对纯框架结构的抗连续倒塌能力分析差别较小,而对于带填充墙的框架结构,PDA方法计算结果则偏于保守。     

摇摆填充墙-框架结构抗震性能研究

针对钢筋混凝土框架在地震作用下因形成薄弱层而倒塌的情况，提出了一种摇摆填充墙-框架结构。该结构中，现浇混凝土墙板与周围梁柱组成刚性填充墙，墙体两侧框架柱与基础接触但不连接，允许柱底抬起以实现刚性填充墙摇摆。与传统外置附加摇摆墙-框架结构相比，该摇摆填充墙-框架结构能有效避免摇摆墙对建筑功能的影响，简化摇摆墙与框架之间的连接。采用静力弹塑性推覆分析，对比了摇摆填充墙-框架结构与普通框架结构的性能差异。分析结果表明，摇摆填充墙能提高结构的侧向承载力，改善框架的延性。摇摆填充墙使框架结构的剪力分布更加均匀，能够有效控制框架的变形模式，有利于实现材料性能的充分利用。     

现浇楼板对钢筋混凝土框架结构倒塌模式的影响

地震作用下钢筋混凝土框架结构通常呈现弱柱型破坏模式而倒塌。针对其破坏特征,将钢筋混凝土框架结构离散为“板-柱”和“梁-柱-节点”体系,结合块体间碰撞作用的冲量模型,基于离散单元法建立考虑构件间碰撞作用的钢筋混凝土框架结构空间倒塌反应计算机仿真系统,并通过2个框架结构模型的倒塌试验对其进行了验证。利用计算机仿真系统模拟分析了现浇楼板对钢筋混凝土框架结构倒塌模式的影响。结果表明：考虑块体间碰撞作用的框架结构倒塌仿真系统可以真实再现地震作用下框架结构的倒塌过程和废墟堆积情况;考虑楼板影响时,强柱型框架结构可能会出现弱柱型倒塌,局部倒塌型框架结构则可能不倒或呈弱柱型倒塌;框架结构抗震设计或评定中应充分考虑现浇楼板对框架抗震性能的影响。     

底部为不规则结构的高层钢筋混凝土结构的地震响应特性

选取三个1∶12比例,在底部两层具有不同类型的不规则结构17层钢筋混凝土结构模型,使其经受同样的地震激励,观察它们的地震响应特性。第一个模型有一个对称弯矩抵抗结构(模型1),第二个模型在中间框架布置了一个填充剪力墙(模型2),第三个模型只在底部两层的外部结构中有一个填充剪力墙。通过分析和对比试验结果,得出了以下结论:在UBC97和AIK2000中,对除弯矩型结构和支撑墙结构之外的其他结构所估计的基本周期看来是合理的;结构由于破坏而吸收的能量总量与填充剪力墙的存在和位置几乎没有关系;结构倾覆时能吸收最多的能量,其次是由于剪切变形而吸收的能量。上部刚性系统导致下部结构产生摇摆,因此自重针对总的倾覆弯矩提供了高达23%的抵抗力。     

钢板-砂土-钢板组合防爆墙对爆炸冲击波的防护效应分析

为避免或减轻爆炸冲击波对建筑物的破坏作用,对钢板-砂土-钢板组合防爆墙对爆炸冲击波的防护效应进行了三维数值模拟研究。为分析防爆墙对爆炸冲击波的防护作用,提出了超压防护效应系数概念,分析了药量、爆距、结构高度等参数对组合结构防护效应的影响;给出了各比例爆距、比例墙高条件下防护效应系数的计算公式,得到了组合防爆墙背波面空气冲击波超压的预测模型。研究表明,比例爆距减小、墙高增大时,防爆墙对冲击波的防护效应增强。