设置圈梁的砌体结构整体破坏模式的研究与控制

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砌体结构是我国普遍采用的结构形式之一,根据近年来震害调查发现,砌体结构墙体常见破坏为窗间墙破坏模式和窗下墙破坏模式。砌体结构传统结构设计理论默认的是窗间墙破坏模式,并未考虑窗下墙破坏及其好处。首先窗下墙先破坏能提前消耗一部分地震能量,减轻了窗间墙破坏。其次,窗下墙先破坏不会使整个结构出现倒塌,故能延迟结构倒塌时间,属延性破坏。再者,窗下墙破坏具有震后修复迅速,施工便捷特点,但目前结构设计中并未考虑窗下墙破坏模式的优点。因此,本文结合圈梁对砌体结构抗震性能及破坏的影响,考虑建立设置圈梁的砌体结构窗下墙破坏模式的设计方法,展开以下研究工作:本文先对近年来震害调研分析,总结出砌体结构三种典型整体破坏模式。通过对各破坏模式对比分析,提出砌体结构耗能能力强、延性好的窗下墙先于窗间墙破坏的理想破坏模式。借助有限元软件ABAQUS数值模拟,分别得到地震作用下有、无圈梁的砌体结构墙体及窗洞口相邻墙段的平面各应力分布规律,确定了地震作用下两类墙体中窗下墙危险点应首先出现的位置且发生剪切破坏。利用有限元技术,对比分析有、无圈梁砌体结构墙体的抗震性能与破坏时刻不同,得到设置圈梁不仅能提高抗震性,而且能明显延迟其窗下墙的破坏;此外,分析了有、无圈梁的砌体结构在弹塑性时程下的破坏情况,得到设置圈梁不仅减轻结构整体破坏程度,还能延迟窗下墙出现损伤及严重破坏的时刻,揭示了圈梁对砌体结构抗震性能及破坏延迟的影响。基于圈梁对砌体结构窗下墙破坏延迟作用,定量分析圈梁对窗下墙抗剪承载力的影响,明确了圈梁在窗下墙承载力中发挥不可忽视作用。提出了设置圈梁的窗下墙抗震承载力计算公式基本形式,利用有限元分析和最小二乘法原理,得到基本公式中Cη和c?最优取值,建立了设置圈梁的窗下墙抗震承载力设计方法。基于“强柱弱梁”设计思想和壁式框架内力分析方法,提出了窗下墙先于窗间墙破坏的延性破坏模式的控制方法,符合抗震规范提出多道防线的抗震设防目标,为完善砌体结构抗震设计方法,实现强震下理想破坏模式提供了借鉴。
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