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砌体填充墙RC框架微观与宏观有限元模拟及抗震性能分析

何晓云  
【摘要】:砌体填充墙RC框架结构在我国很多强震区大量存在,在地震中带来了巨大的灾难。造成砌体填充墙RC框架震害的原因有很多,但主要原因之一是设计不合理,对填充墙与RC框架间的相互作用原理缺乏科学的认识。 针对于此,本文基于美国加州大学伯克利分校Robert L. Taylor教授研制的FEAP及由NSF资助、PEER主导、加州大学伯克利分校为主研发而成的OpenSees两种可二次开发的有限元软件,分别建立了砌体填充墙RC框架的微观单元模型与宏观单元模型,详细地分析了填充墙裂缝开展及应力发展趋势以及填充墙与RC框架的相互作用机制,研究了砌体填充墙RC框架的抗震性能。主要内容如下: (1)采用经二次开发的FEAP,联合应用弥散裂缝单元和离散裂缝单元,对砌体填充墙RC框架进行了微观精细化模拟,针对UCSD的试验结果进行了数值模拟分析,验证了建模方法的合理性及二次开发程序的准确性。采用验证后的FEAP二次开发程序,分别建立了本课题组振动台试验单层与多层框架的微观有限元模型,并进行了Pushover分析,研究了填充墙的裂缝开展、应力发展趋势,以及填充墙与RC框架的相互作用机制。 (2)采用OpenSees有限元软件分析平台,利用等效斜撑模型对砌体填充墙RC框架进行了宏观有限元建模,并进行了Pushover分析。对微观有限元结果和宏观有限元结果进行了对比分析,发现宏观单元无法模拟填充墙开裂后承载能力的下降段,进而利用微观有限元结果对宏观有限元模型进行了改进。利用改进的宏观单元模型,对课题组的振动台试验空间框架模型进行了时程分析,并与振动台的试验数据进行了对比,验证了改进模型的合理性。 (3)采用正交设计方法设计了参数分析方案,详细分析了砌块强度、填充墙高宽比、填充墙高厚比等参数对砌体填充墙RC框架抗震性能的影响规律。通过极差分析和方差分析,得到了各因素对结构刚度及水平承载力影响程度的大小和顺序,并给出了结构刚度和承载力分别与层数及高宽比的回归关系。


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