汶川地震中框架填充墙结构震害数值模拟分析

文章基于框架填充墙结构震害调查,分析了该结构震害产生的机理,建立填充墙等效斜撑分析模型,运用模态及静力弹塑性(Pushover)分析方法,对地震区一栋带有填充墙的框架结构建筑物进行数值计算。研究表明,填充墙的存在虽然会增加结构的刚度,增大地震作用,但是填充墙能吸收和消耗大量地震能量,保护框架主体结构免遭损伤,有利于提高房屋结构整体抗震能力。     

轻质填充墙对RC框架结构抗震性能影响研究

通过对轻质填充墙RC框架模型进行振动台试验及数值模拟分析,研究了轻质填充墙在其不同破坏阶段对整体结构抗震性能的影响,分析了整体结构的破坏特征、频率衰减、刚度退化、层间位移角变化及耗能情况,并对比了框架填充墙与空框架模型的模拟结果.研究结果表明:轻质填充墙在其破坏初期对结构频率影响超出规范预期,起到主要抗侧力构件作用,耗散了大部分的地震能量,保护了结构主体;而当它进入极限破坏阶段后对结构整体刚度及耗能上的贡献趋于定值.因此,轻质填充墙对RC框架结构的抗震性能有明显增强作用、不能忽略.     

设置半高连续填充墙的RC框架结构地震倒塌振动台试验

为研究填充墙对RC框架结构抗震性能的影响,以2008年汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为研究对象,制作了缩尺比为1∶4的模型并实施振动台试验.将汶川地震中卧龙台获得的地震波作为激励输入,获得了不同地震峰值加速度下结构的加速度响应、位移响应以及各柱端的应变响应,探讨了填充墙对结构抗侧刚度的影响,分析了结构在双向地震作用下的扭转效应,比较了约束条件不同的框架柱在相同时刻柱端应变的大小,展示了结构倒塌过程中各构件的破坏形态.研究表明,填充墙的开洞形式对结构刚度有显著影响;由于横向满砌填充墙的约束作用,即便在双向地震作用下,偏心结构也未产生明显的扭转效应;不同于传统"层屈服机制"的破坏模式,非对称设置的半高连续填充墙会导致地震剪力在各框架柱上分配不均,各构件呈现"次第失效"的破坏过程,这种倒塌机理概括为"凝震聚力,个个击破",即受半高连续填充墙约束的柱,其自由高度小,抗侧刚度大,分配到的地震剪力多,会率先在柱端形成塑性铰后因承重失效而使结构整体倒塌.     

弹性阶段填充墙对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响

在汶川地震中框架填充墙结构产生了严重的震害.现行抗震设计对填充墙的考虑难以保证结构在地震下的抗震性能,对框架结构进行弹性阶段分析研究表明,考虑填充墙在弹性阶段对框架结构的刚度、内力和变形产生较大影响,填充墙平面、立面的不均匀布置对框架结构抗震不利.     

汶川地震都江堰市填充墙震害分析

统计分析了汶川地震中都江堰市钢筋混凝土框架结构填充墙的震害情况,通过对比主体结构与填充墙的震害并参照主体结构的抗震设防目标研究了填充墙自身的抗震性能.首先,统计分析了都江堰市钢筋混凝土框架结构主体结构的震害情况,结果表明主体结构满足我国三水准抗震设防目标;然后,将主体结构的地震反应划分为弹性反应和非线性反应两种,对比了这两种状况下填充墙与主体结构的震害,统计结果表明在这两种情况下填充墙的震害都明显高于主体结构,尤其是主体结构反应为弹性反应时,填充墙分别出现了15%和17%的严重开裂和倒塌;最后,探讨了填充墙构造措施对其抗震性能的影响,发现其现有构造措施不能满足地震作用下保持平面内完整性的作用,存在危及人员生命安全的隐患.本研究将为进一步研究填充墙地震破坏机理及其加固方法奠定基础.     

考虑SSI和填充墙刚度效应的RC框架结构抗震性能研究

以满足现行设计规范要求的某一10层填充墙竖向布置不规则的钢筋混凝土框架结构为研究对象,运用SAP2000模拟计算不同场地条件下该结构在地震作用下的响应规律.分别对在刚性地基假定上不考虑填充墙的刚度效应、在土-结构相互作用(SSI)基础上不考虑填充墙的刚度效应、在刚性地基假定上考虑填充墙的刚度效应以及同时考虑SSI和填充墙的刚度效应4种不同情况进行动力时程分析,对比研究该结构的抗震性能.对比结果表明:1)在大震作用下,在SSI效应的基础上考虑填充墙的刚度效应会使SSI效应更加显著,对RC框架结构的层间位移角响应存在不利影响,采用刚性地基假定、忽略填充墙的刚度效应对结构是偏于不安全的.2)对结构进行倒塌分析,在SSI效应基础上考虑填充墙的刚度效应使结构的塑性变形向楼层底层集中更加明显,结构倒塌的峰值明显降低,且随着场地土变软,结构的倒塌峰值越低.因此,建议设计人员在该类钢筋混凝土框架结构的设计中增加底层柱的延性确保结构在地震作用下的变形需求.     

正交胶合木填充墙-钢框架体系受力性能

采用开源地震工程模拟系统(OpenSees)对以正交胶合木作填充墙的钢框架结构进行探索性数值研究,主要研究该填充墙钢框架单元在单调和循环加载作用下的受力性能,墙体与钢框架之间的协同工作性能以及连接个数对整体结构受力性能的影响.结果表明:正交胶合木填充墙能够提高钢框架的抗侧刚度和水平承载力;柔性连接的设置使整体结构耗能性能良好;工作缝的设置减缓墙体的开裂,更大程度上发挥连接件的耗能和变形能力;连接个数对构件的抗侧能力影响较大,可以通过调整连接数量和连接间距设计出具有多种刚度和耗能能力的框架单元.     

橡胶混凝土砖填充墙-框架体系抗震性能

目的研究不同填充墙分布形式,不同填充材料及不同填充率情况下填充墙-框架结构在地震下的工作性能.方法采用时程分析法,分析在地震作用下,采用不同填充墙布置形式的黏土砖填充墙、粉煤灰砖填充墙和橡胶混凝土砖填充墙的墙-框架体系的抗震性能.结果采用相同填充墙布置形式,不同填充墙填充材料时,橡胶混凝土砖填充墙-框架结构最大水平位移最小,位移角最小,扭转角最小;在不同填充率下橡胶混凝土砖填充墙-框架结构均能减小层间扭转角;橡胶砖填充墙-框架的刚度介于纯框架与黏土砖墙框架之间,能较好地满足结构的正常使用条件.结论橡胶混凝土砖结构墙体布置灵活,在地震发生时能较好地吸收和消耗地震波能量,橡胶混凝土砖的应用可以有效提高填充墙-框架结构的抗震性能.     

双功能带缝填充墙

本文阐述并总结了作者新近构思的一种抗震自控结构——双功能带缝填充墙的设计概念,使得框架结构中的填充墙在正常使用和小震作用下能提供足够的刚度,减小结构位移;而在大震作用下连接键首先破坏,填充墙自动转变为通缝墙．结构刚度可显著降低,使地震作用减小,同时能减少框架结构中的填充墙引起的的刚度突变、短柱效应、扭转效应等对框架结构带来的不利影响。双功能带缝填充墙填补了《建筑抗震设计规范》中的空白,具有极好的经济效益、社会效益和学术价值。     

SCFT柱-H型钢梁平面框架抗震性能分析

针对SCFT柱-H型钢梁平面框架,采用ANSYS建立非线性模型,进行了7组框架模型在低周反复荷载作用下的受力特性分析,研究了轴压比和有无填充墙对SCFT柱框架力学性能的影响规律.分析发现:7组框架模型滞回曲线饱满,骨架曲线下降段平缓;在受压单肢钢管受压区达到屈服强度时,SCFT柱仍可视为整体受力构件并继续承担更大荷载,有效延缓整体框架的塑性变形,因此,SCFT柱框架具有良好的抗震性能;轴压比对SCFT柱框架的刚度退化影响并不明显,随轴压比增加,框架的极限承载力和延性有所降低,达到极限承载力后的强度退化明显;填充墙在SCFT柱框架加载前期能够有效分担水平荷载,显著提高框架承载力和弹性刚度,但刚性连接会加剧墙体过早压碎破坏,建议工程中采取柔性连接或预留缝隙,以减小填充墙震害,并改善墙体与SCFT柱框架的协同工作性能.     

抗震结构填充墙性能的有限元模拟与分析

为充分了解抗震结构填充墙的开裂机理和抗裂能力,并为砌块填充墙的抗震性能提供依据,文中采用有限元方法对砌块墙体的面内开裂进行了分析.研究发现,抗震结构中填充墙的开裂机理十分复杂,但其开裂行为及抗裂能力主要决定于墙体所处的层间位移角以及自身的材料强度.文中还得到了不同弹性模量的砌块墙体在不同裂缝限值下的层间位移角值,可应用于填充墙框架结构基于性能的抗震设计中.     

基于改进IMK恢复力模型的填充墙RC框架结构地震易损性分析

为了对填充墙RC框架结构在设防大震下的抗震能力进行评估,采用OpenSees有限元软件,建立了填充墙RC框架结构的数值模型,其中,梁柱构件采用基于改进IMK恢复力模型的集中塑性铰单元进行建模,填充墙用双对角斜撑受压杆模拟,并采用基于Clough模型的桁架单元建模。以填充墙的不同布置方式作为参数,设计了4种模型,对模型进行了44条地震波下的增量动力时程分析和倒塌易损性分析。结果表明,底层不布置填充墙的模型和底部两层各有一跨布置填充墙的模型不满足我国规范中"大震不倒"的性能要求,在实际工程中应尽量避免运用此类型的框架结构,需要对已有的此类结构进行加固处理。     

数码摄影测量技术在填充墙框架抗震试验中的应用

将数码摄影测量(DP)技术引入填充墙框架受力全过程的位移场测量,研究DP技术应用于填充墙框架结构抗震试验研究的可行性.数据分析结果表明:采用DP技术的测量结果与传统位移计所测结果吻合良好.通过DP技术进一步得到在不同位移幅值下填充墙的剪切滑移破坏情况及框架柱的变形特征.     

带填充墙框架的精细化有限元模拟与分析

研究钢筋混凝土框架结构内部填充墙对框架的抗侧刚度、承载力及变形能力的影响。采用混凝土塑性损伤模型及黏性接触面单元模拟填充墙砌块及砂浆,对框架填充墙砌体进行了精细化建模,并模拟框架的面内水平位移加载,得到填充墙砌体在不同加载阶段的裂缝开展形态及外框架结构的损伤情况。将数值模拟结果与试验值进行了对比,为带填充墙框架的有限元精细化模拟及分析提出了一种可行的方法。     

填充墙钢筋混凝土框架结构简化分析模型及抗震性能系数研究

对结构进行动力和静力分析时,构件单元和模型的准确性将直接影响到分析结果。为在建立填充墙钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架简化模型时选择合适的单轴材料与简化模型,使用OpenSees基于三种单轴材料与四种填充墙简化模型结合填充墙RC框架试验对模型的准确性与适用性进行了对比分析。根据对比结果建立填充墙RC框架结构模型,采用Pushover方法对结构进行了整体抗震性能系数的分析。结果表明：Hysteretic材料可以准确地模拟滞回曲线的形状及峰值承载力;单撑杆模型对填充墙的峰值承载力、割线刚度、残余变形模拟较准确;五撑杆模型对对填充墙的峰值承载力与初始刚度模拟较准确;满布布置的填充墙可增大RC框架结构的整体抗震性能系数,底层不布置填充墙会明显导致结构整体抗震性能系数的降低。因此,仅研究填充墙平面内问题时选用单撑杆模型即可,在设计时要考虑填充墙的布置,避免出现底部薄弱层而影响整个结构安全。     

周期折减系数对地震作用的影响

框架结构、框架-剪力墙结构设计通常未考虑非承重填充墙对结构刚度的贡献,计算地震作用时,使地震影响系数中结构自振周期乘以周期折减系数来进行折减,从而使地震力放大.算例表明,周期折减系数减小0.1,框架结构和框架-剪力墙结构地震力分别增大约10%、5%-7%,层间位移角分别增大约11%、10%.周期折减系数取值不同不会影响...     

砖填充墙钢筋砼框架的抗震优化设计

本文在分析总结国内外关于填充墙框架抗侧力性能资料的基础上,提出采用“等效斜撑框架模型”对砖填充墙钢筋砼框架进行抗震设计,并用可行方向法对此类结构进行抗震优化设计,编制了相应的计算机程序IFOSD-88(Fortran77),对于一般多层填充墙框架结构,经2～3次迭代即可获得稳定的结果。文末给出一个工程设计实例,计算结果表明,与现行设计方法相比,工程造价可降低8％左右。     

框架结构填充墙施工顺序

框架结构的施工顺序是先起主体框架,之后再进行填充墙的砌筑,而现在工程工期紧,施工单位为了缩短工程采取了在主体施工的过程就进行了填充墙的砌筑,更有甚者直接把填充墙当作是梁底模,填充墙与框架结构同时施工,那就大错特错了。     

纤维布加固填充墙钢筋混凝土框架的抗震性能水准研究

为研究纤维布（Fiber-Reinforced Polymer, FRP）加固对填充墙钢筋混凝土（RC）框架抗震性能水准的影响,利用数值模拟验证后的有限元建模方法,分别对未加固及FRP加固后的1000个随机结构模型进行了Pushover分析,最终基于各极限状态下层间位移角的统计分析结果,建立了FRP加固前后填充墙RC框架针对不同极限状态的量化划分准则。不同加固方案的分析结果表明：FRP仅加固框架梁、柱对框架轻微破坏状态影响不大,但会大幅度提高框架中等、严重和倒塌破坏的延性水平,且提高幅度随着框架柱包裹FRP层数的增加而增加;FRP仅加固填充墙并不能改善填充墙在轻微和中等状态的延性水平,但可以明显改善填充墙在严重和倒塌状态下的延性水平;FRP同时加固框架和填充墙可以提高各自的延性水平。     

南京长江大桥桥头堡填充墙加固方法比较

为研究南京长江大桥桥头堡填充墙特殊加固方法的加固效果,首先,选取桥头堡典型尺寸的非整墙加固进行有限元分析,并与整墙加固进行比较;然后,针对不同加固区高度进行参数分析,研究加固区高度对填充墙的抗震性能的影响;最后,给出不同加固区高度的非整墙加固的抗震承载力及刚度增强系数的计算公式.研究结果表明:南京长江大桥桥头堡非整墙加固相比于整墙加固虽效果有所下降,但依然有效;加固区高度基本为整墙高度的74%,其抗震承载力提高293%~335%,刚度增强系数为1.891~1.935,均大于规范值;加固墙的高宽比对加固效果也有影响,但是对刚度增强系数影响略小,而且不同高宽比加固填充墙在地震时中部裂缝的方向存在明显差异;随着加固区高度减小,填充墙面层加固效果明显降低,而且可能导致未加固区域墙首先开裂,故建议非整墙加固区域高度要超过整墙高度的74%.