砌体填充墙框架结构的非线性有限元分析
ANSYS在砌体结构非线性有限元分析中的应用研究
际需预施加的力，为钢筋弹性模量，为钢筋面积，为钢筋的线胀系数。
作者曾用降温法成功模拟一工字形预应力混凝土梁。
文献［１７］也用降温法成功地模拟了后张法预应力混凝土箱型梁。
建议模拟预应力砌体时采用降温法模拟预应力。
６实例分析上文讨论了砌体有限元分析的若干问题，下文通过一些算例进行分析验证。
６．１关于有限元模型、迭代算法和收敛准则算例——砖柱设计一砖柱，截面为１．０ｍ×１．０ｍ，高１．２ｍ，砖和砂浆材料强度实测值为砖工。
＝１８Ｎ／ｒａｍ２，砂浆五。
＝６．５６Ｎ／ｍｍ２，柱顶作用轴向均布面荷载，砌体极限表１砖柱计算结果承载力为７．５６ＭＰａ。
为避免约束和加力点处应力集中导致计算发散，在上下各加一弹性柱段，在顶面施加荷载，若考虑环箍效应，中间柱段承载力应稍大于７．５６ＭＰａ。
采用整体连续体模型（ＳＯＬＩＤ６５单元），材料模式为ＭＫＩＮ＋ＣＯＮＣＲＥＴＥ。
计算得极限荷载列于表１，柱顶竖向位移示于图３，裂缝和压碎图示于图４，图中六面棱柱体表示单元压碎。
可见，不管压碎项打开与否，弧长法均能计算出荷载位移的下降段，但极限荷载比ＮＲ迭代法略低；采用ＮＲ法把压碎项关闭时极限荷载最接近实际。
故在此类高轴压构件极限承载力求解中，若不关心荷载一位移下降段时，可采用考虑压碎关闭的ＮＲ迭代法；若关心荷载一位移下降段时可采用考虑压碎关闭的弧长法，但有一定误差。
｝。
墨２位移／ｍ图３ＮＲ法和弧长法计算所得柱顶竖向位移ａ）ＮＲ法，压碎项打开（Ｆ＝５．７１ＭＰａ）ｂ）弧长法，压碎项打开（Ｆ＝４．９３ＭＰａ）ｃ）弧长法，压碎项打开（Ｆ＝３．６４ＭＰａ）图４ＮＲ法和弧长法计算裂缝（压碎）图图５给出了该砖柱按不同收敛准则计算得的力一柱顶位移关系。
显然，单独使用位移收敛准则计算所得极限承载力与实际相差较远，结果不可靠。
建议求解时采用力收敛准则或以力收敛为主、位移收敛为辅。
图５不同收敛准则计算所得柱顶竖向位移图６分离式墙片裂缝图为了验证整体模型和分离模型，用上述砖和砂浆参数建立分离式墙片（宽２．０ｍ×高１．３ｍ×厚０．１２ｍ）进行分析。
非线性结构有限元分析概论
一、线性问题的基本方程
由复杂结构受力平衡问题的虚功方程有:
v T dv vuT qvdv suT qsds u0T R0
vmu
T
••
u dv
v
Du
T
•
u
dv
（10-1）
上式左端为内力的虚功，右端为外力的功。
由于： u N u Bu C
式中 u 为单元体内的位移； u为节点位移； N 形函数阵；
t t t
T
S t t t
dvt
W t t
（10-18）
返回
其中：
W tt o
tv
u
T
q tt tv
中推荐采用BFGS法。
程序对几何非线性的考虑可采用完全的拉格朗
日公式或改进的拉格朗日公式。在非线性动态分析
中采用隐式时间积分（Newmarli法和Wilson- 法） 或显式时间积分（中心差分法）的方法。隐式时间
积分通常用来分析结构的振动问题，显式时间积分
主要用来分析波传布现象。
返回
第一节 有限元基本方程
解此方程也用隐式时间积分，显式时间积分或振形迭加
法求解。
返回
二、非线性问题的基本方程
对于非线性问题通常不能用一步直接求解方案，必须分成
若干步加载,按各个阶段不同的非线性性质逐步求解，即增量求
解方案。
1.增量形式的平衡方程：
已知设：0，△t，2△t‥‥的位移和应力（各载荷步的）
要求出：t+△t步时的位移和应力。
ov oe T o
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ov
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T
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S
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填充墙砌体工程施工技术要点分析
填充墙砌体工程施工技术要点分析发布时间：2023-02-27T05:19:03.005Z 来源：《工程建设标准化》2022年第10月19期作者：张其超[导读] 20世纪90年代后，随着人口红利的减弱，日益上涨的人工费使装配式结构再次成为建筑业研究的重点，近30年的研究使目前新型装配式结构的相关技术也逐渐成熟张其超天元建设集团有限公司山东临沂276000摘要：20世纪90年代后，随着人口红利的减弱，日益上涨的人工费使装配式结构再次成为建筑业研究的重点，近30年的研究使目前新型装配式结构的相关技术也逐渐成熟。
装配式墙体结构是装配式混凝土结构常见的结构类型，是由预制墙体、梁、板部分组成的装配式混凝土结构，分为部分预制和全部预制2种结构形式。
部分预制剪力墙多为在连接处预留出筋后浇，其他部位预制。
全预制则为全部主体构件预制，现场拼装，此类结构装配率高，但对安装精度、接缝质量、施工质量要求高，难以保证完全和现浇质量相同。
关键词：填充墙砌体工程；施工技术要点；分析引言框架填充墙需要通过构造措施与框架梁柱进行可靠连接，且构造柱能够约束墙体，增强整体性，对填充墙体耗能、防倒塌至关重要。
国内外学者开展了大量圈梁构造柱对砌体结构抗震性能影响的研究，研究表明：构造柱和圈梁共同作用于砌体结构时，增大了墙片的初始刚度，提升了墙片的延性；砌体结构抵抗水平荷载的承载力可提升２０％以上；圈梁和构造柱能有效防止砌体结构初始裂纹萌生，提高其耗能能力；即使墙体出现较多裂缝也不会发生倒塌。
可见，在砌体结构中设置构造柱的措施可以显著提升墙体的变形和耗能能力。
1.确定性能指标限值的一般流程性能指标限值确定方法遵循规范和标准中对整体结构破坏状态的定义原则，以可量化的构件破坏率为标准判定整体结构的破坏状态，进而建立破坏状态与性能指标的对应关系。
该方法的一般流程为：1）确定结构每个破坏状态所对应的不同构件（梁、柱、填充墙）的破坏状态及数量，形成整体结构的破坏状态量化标准；2）确定每种构件不同破坏状态的量化标准；3）采用有限元软件建立典型填充墙RC框架结构数值模型；4）采用逐步搜索的方式，对地震动峰值由小到大调幅并进行每一步幅值下的结构弹塑性动力时程分析，统计每一时刻不同构件不同破坏状态的比例，对照所建立的结构破坏状态量化标准，当结构达到某个破坏状态的极限状态时，记录此时结构工程需求参数的峰值作为该破坏状态的性能指标限值；5）重复以上步骤，得到所有目标地震动输入下的不同破坏状态的性能指标限值，取所有地震动输入下的结果均值作为此类结构各破坏状态的性能指标限值。
非线性有限元分析
非线性有限元分析1 概述在科学技术领域内，对于许多力学问题和物理问题，人们已经得到了它们所应遵循的基本方程（常微分方程或偏微分方程）和相应的定解条件（边界条件）。
但能够用解析方法求出精确解的只是少数方程性质比较简单，并且几何形状相当规则的问题。
对于大多数工程实际问题，由于方程的某些特征的非线性性质，或由于求解区域的几何形状比较复杂，则不能得到解析的答案。
这类问题的解决通常有两种途径。
一是引入简化假设，将方程和几何边界简化为能够处理的情况，从而得到问题在简化状态下的解答。
但是这种方法只是在有限的情况下是可行的，因为过多的简化可能导致误差很大甚至是错误的解答。
因此人们多年来一直在致力于寻找和发展另一种求解途径和方法——数值解法。
特别是五十多年来，随着电子计算机的飞速发展和广泛应用，数值分析方法已成为求解科学技术问题的主要工具。
已经发展的数值分析方法可以分为两大类。
一类以有限差分法为代表，主要特点是直接求解基本方程和相应定解条件的近似解。
其具体解法是将求解区域划分为网格，然后在网格的结点上用差分方程来近似微分方程，当采用较多结点时，近似解的精度可以得到改善。
但是当用于求解几何形状复杂的问题时，有限差分法的精度将降低，甚至发生困难。
另一类数值分析方法是首先建立和原问题基本方程及相应定解条件相等效的积分提法，然后再建立近似解法并求解。
如果原问题的方程具有某些特定的性质，则它的等效积分提法可以归结为某个泛函的变分，相应的近似解法实际上就是求解泛函的驻值问题。
诸如里兹法，配点法，最小二乘法，伽辽金法，力矩法等都属于这一类方法。
但此类方法也只能局限于几何形状规则的问题，原因在于它们都是在整个求解区域上假设近似函数，因此，对于几何形状复杂的问题，不可能建立合乎要求的近似函数。
1960年，发表了有限单元法的第一篇文献“The Finite Element Method in Plane Stress Analysis”，这同时也标志着有限单元法（FEM）的问世。
非线性有限元分析在结构计算中的运用
非线性有限元分析在结构计算中的运用摘要混凝土结构是一个整体，在荷载作用的时候，楼板、梁、墙等互相协同承载，共同变形。
在楼盖的设计计算中，一是假定板、主梁、次梁等这些构件在支座的地方是没有竖向的位移，并且忽略次梁与楼板的连续性，所以这样的假定对于结构的计算存在误差；二是没有适当考虑薄膜效应对板的影响，这种效应的影响主要是板内的轴向压力将提高板的受弯承载力，板周边支承构件提供的水平推力将减少板在竖向荷载下的截面弯矩，考虑这种有利影响，根据不同的支座约束情况，对板的计算弯矩进行相应折减。
关键词非线性；有限元分析；结构计算混凝土结构是一个整体，在荷载作用的时候，楼板、梁、墙等互相协同承载，共同变形。
在楼盖的设计计算中，一是假定板、主梁、次梁等这些构件在支座的地方是没有竖向的位移，并且忽略次梁与楼板的连续性，所以这样的假定对于结构的计算存在误差；二是没有适当考虑薄膜效应对板的影响，这种效应的影响主要是板内的轴向压力将提高板的受弯承载力，板周边支承构件提供的水平推力将减少板在竖向荷载下的截面弯矩，考虑这种有利影响，根据不同的支座约束情况，对板的计算弯矩进行相应折减。
通过实际的实验得到的结果是比较科学研究的方法，与理论的结果再进行对比分析，论证理论研究的匹配性。
但是实际的实验也有条件限制：一是进行大量的实际实验，需要科研经费与实验场地和条件的支持，在没有这样的先前条件下，要完成实际实验是基本不可能的。
二是实验容易受到一些人为不好控制的实际的因素的影响，如果受到一些因素影响使得数据不准，那就失去验证的意义。
所以在进行这样的实验时，需要做大量的理论研究和实际实验的设计论证与实施，这样就引起实验的时间相对很长。
所以也为了从理论上能缩短相应的研究时间，并能提高研究的准确性，有限元分析也相应的被应用了起来。
使用有限元进行分析，对于结构的各种情况进行模拟，得到可能会出现的受力、变形、破坏的情况，给结构的实验研究更多可参考的结果，对理论的设计给出提示。
砌体填充墙RC框架的微观有限元分析-建筑结构论文-土木建筑论文
砌体填充墙RC框架的微观有限元分析-建筑结构论文-土木建筑论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——国外对砌体填充墙RC 框架的理论研究主要有两种思路，一种是对宏观简化模型的研究，一种是对微观精细化模型的研究。
框架-填充墙相互作用能够造成多种可能的失效机制，包括填充墙的开裂和压碎以及柱子的抗剪失效。
宏观的简化模型仅仅可以用来研究结构的整体宏观性能，很难反映构件间的相互作用及复杂的失效模式，更无法表征结构的细部破坏特性和失效发展过程。
砌体填充墙RC 框架的微观精细化模型早在1967 年Mallick 和Seven就已提出，采用了微观有限元方法对砌体填充墙RC 框架的作用机制进行理论分析。
目前为止，砌体填充墙RC 框架微观单元建模方法形成了以下几种：第一种方法是仅从整体方面来考虑砂浆，将填充墙简化为均匀实体，RC 框架与填充墙之间通过接触或者耦合连接，当模拟大面积的砌体填充墙RC 框架时该方法较为准确，只考虑整体效应，忽略了细部信息。
Chiou 等、Schmidt 等、Ghosh 等的研究均基于这个方法。
第二种方法是将填充墙视为连续体材料，砂浆采用界面单元相连，RC 框架与填充墙之间通过接触或者耦合连接，Lotfi 等和Attard 等的模拟均是基于连续体方法。
之后，Mehrabi 和Shing提出了一种更为精细化的连接面模型，这种模型可以充分的模拟连接面的剪切膨胀、压缩硬化以及法向压缩等特性，Al-Chaar 等也曾用这种方法对砌体填充墙RC 框架进行有限元模拟分析，Shing 等采用了联合离散裂缝和弥散裂缝的方法模拟砌体填充墙RC 框架的各种破坏机制；第三种方法是将填充墙视为砌块和砂浆形成的复合体材料，这种建模方式对计算机要求较高，能将这种建模思想成功的运用于有限元模拟的还比较少。
本文基于美国加州大学伯克利分校Taylor 教授研发的FEAP 有限元分析平台，结合Shing 等人最新提出的联合弥散和离散裂缝单元等建模方法，成功实现对砌体填充墙RC 框架建模的二次开发，对砌体填充墙RC 框架的研究针对性强，克服了大型通用有限元软件研究此类结构的缺点，直观地得到了填充墙裂缝开展及应力发展趋势、填充墙与RC 框架的相互作用机制和失效模式，准确地模拟了砌体填充墙RC 框架的承载能力与变形能力。
砌体填充RC框架的非线性静力推覆分析
砌体填充RC框架的非线性静力推覆分析砌体填充RC框架的非线性静力推覆分析摘要：随着现代建筑技术的不断发展，砌体填充RC框架在建筑结构中得到了广泛应用。
本文通过对砌体填充RC框架的非线性静力推覆分析进行研究，探讨了该结构在地震荷载下的力学响应和破坏机制，为结构设计和工程实践提供了一定的参考价值。
1. 引言砌体填充RC框架结构是由钢筋混凝土构件和砌体填充墙组合而成的一种新型建筑结构体系。
其具有成本低、施工速度快和抗震性能优越等优点，因此被广泛应用于各类建筑工程中。
然而，由于砌体填充墙和钢筋混凝土构件之间的相互作用关系较为复杂，结构的力学性能和破坏机制需要进行深入研究。
2. 砌体填充RC框架力学模型砌体填充RC框架的力学模型可以简化为弹性节点和弹塑性梁柱模型的组合。
其中，砌体填充墙的强度和刚度可以通过试验和理论分析进行确定，钢筋混凝土构件的受力性能可以采用现有的弹塑性材料本构模型进行描述。
3. 地震荷载下的非线性静力推覆分析在地震荷载作用下，砌体填充RC框架结构会出现非线性行为。
首先，填充墙和框架柱之间的相互作用会导致结构的刚度和强度变化，从而影响结构的抗震性能。
其次，填充墙和框架柱之间的摩擦力会对结构的稳定性产生重要影响。
最后，结构的破坏模式和破坏机制需要进行分析，以确定结构的安全性和可靠性。
4. 结构设计和工程实践根据砌体填充RC框架的非线性静力推覆分析结果，可以对结构的受力性能和破坏机制进行评估和优化。
在结构设计中，应采用合适的结构模型和材料参数，确保结构的抗震安全性。
在工程实践中，可以通过监测和维护等手段，提高结构的抗震性能和耐久性。
总结：本文通过对砌体填充RC框架的非线性静力推覆分析进行研究，揭示了该结构在地震荷载下的力学响应和破坏机制。
砌体填充RC框架结构具有抗震性能优越的特点，但也存在一些问题，例如填充墙和框架柱之间的相互作用和摩擦力等。
为了确保结构的安全性和可靠性，在结构设计和工程实践中需要采取相应的措施。
利用有限元分析框架与填充墙的协同作用_杨恢元
kN. m kN
kN. m kN
kN. m kN mm mm
减少率( % )
41 31 41 32 30 20 33 24 39 45
第6期
杨恢元, 何 婷: 利用有限元分析框架与填充墙的协同作用
95
图 3 水平荷载下考虑填充墙协同作用的框架杆元弯矩图
图 4 水平荷载下不考虑填充墙协同作用的框架杆元弯矩图
94
贵 州 工 业 大 学 学 报 ( 自然科学版)
2001 年
图 2 荷载分布图 寸为 300 @600mm, 计算跨度为 7. 2m. 混泥土强度标号为 C30, 弹性模量 Ec= 3 @107kN/ m2, 泊松比取 0. 15. 填 充墙砌体的砖的标号为 MU10、砂浆的标号为 M7. 5, 砌体的泊松比在弹性状态取 0. 35. 荷载分布见图 2.
在竖向荷载作用下考虑填充墙的协同作用框架杆系的内力也有较明显的减低, 因篇幅原因, 不能一一 例举。
4结论
综上所述, 由于考虑填充墙砌体部分的协同作用, 无论是在竖向荷载还是水平荷载作用下, 均使杆系的 抗力反应有较显著的降低。这在一定程度上说明按现行设计方法, 结构内存在一定的富余承载能力。或者 说在一定的工况( 荷载) 水平, 可在一定程度上减小结构材料的用量。由于框架 ) 填充墙体系结构在建筑结 构应用的广泛性, 因此, 本文的研究成果对于提高这类结构体系的经济技术指标也许有一定的实践意义。
关键词: 框架与填充墙; 协同作用; 内力
中图分类号: T U311. 4; TU 312. 1
文献标识码: B
0概述
在高层建筑结构体系中, 框架 ) 填充墙结构是广泛采用的结构形式。尤其在我国中小城镇的十层左右 的民用建筑物较多采用这种结构形式。按现行结构规范设计[1] , 明确指出: 在竖向荷载作用下框架内力可 以采用分层法进行简化计算; 在风荷载和水平地震作用下框架内力可以用 D 值法进行简化计算; 高层框架 结构可以分别按平面框架和空间框架, 采用矩阵位移法由计算机进行内力和位移分析计算。所以在具体的 建筑结构设计中, 无论分析框架承受水平荷载或竖向荷载的抗力反应, 均未考虑填充墙的作用, 认为填充墙 只起到维护和隔断的作用。应用此计算方法得出的计算结果进行截面选择和配筋计算, 有可能造成构件的 截面过大和钢筋用量增多, 从而使工程的单位造价过大。实际上填充墙是和框架一起协同作用, 共同抵抗 外荷载的。随着建筑材料的规范化和施工质量监督的完善以及施工水平的提高, 填充墙砌体完全可以保证 和框架的协同工作。而计算机的普及和计算技术的发展, 计算框架、填充墙两者对建筑物的协同作用以及 各自对建筑物的影响已成为可能。
ANSYS在砌体结构非线性有限元分析中的应用研究
ANSYS在砌体结构非线性有限元分析中的应用研究*李英民, 韩 军, 刘立平(重庆大学 土木工程学院,重庆 400045)摘要:在采用ANS YS进行砌体结构非线性有限元分析时,目前还缺乏可以借鉴的普遍性研究结论。
论文根据程序特点和研究问题的本质,探讨了ANS YS应用于砌体有限元分析时模型建立、材料本构、破坏准则、迭代算法、收敛准则、预应力的模拟等问题,以典型试验结果为基础,通过算例分析探讨了其适用性,并提出了相关建议。
关键词:ANS YS;有限元分析;砌体结构;非线性中图分类号:TU365 文献标识码:A 文章编号:1006-7329(2006)05-0090-07App licati on of ANS Y S to Fi niteE le m ent Analysis for NonlinearM asonry StructuresLI Y i n g-m in,HAN Jun,LI U L i-ping(Co llege o f C ivil Eng i neer i ng,Chongqi ng U nivers it y,Chongqi ng400045,P.R.China)Abst ract:ANSYS has beco m e an e ffecti v e too l for finite ele m ent analysis ofm asonr y str ucture,but there is fe w co mm on conc l u si o ns for reference.According to the characteristics ofANSYS and t h e essence o f t h e analysis,so m e key prob le m s i n fi n ite e le m ent analysis of m asonry structure w it h ANSYS,such as str uctural m ode lling,m aterial constituti o n,the da m age criterion,iterati v e a l g orit h m,conver gence criterion,si m ulati o n o f prestressi n g force and so on,are d i s cussed i n t h is paper.Based on the test results of typicalm asonry structures,t h e app licab ility o fANSYS to m asonry struct u ra l anal ysis is studied and so m e suggesti o ns for the app lication o fANSYS are presented.K eywords:ANSYS;finite e le m ent analysis;m asonry struct u re;non li n ear现代砌体结构正向高层、抗震方向发展。
新型砌体复合填充墙钢框架体系试验研究及有限元分析
报 （ ； ５
然 ∞
中图分类号 ： Ｕ３ ３ Ｔ １
科
文献标识 码： Ａ
文章编 号 ：０ ６７ ３ （０ ６ ０ －６４０ １ ０－ ９０ ２０ ） ５０ ３－５
我学 ｍ 国钢 产量 连续 多年 世界 第一 ， 近年来 国家 出台 的一 系列 政 策 鼓励 建 筑 行 业 积极 合 理 推广 应 用 钢
结 构． 钢结构 具 有 自重 轻 、 易安 装 、 施工 周期 短 、 震 性 能好 、 资 回收 快 、 境 污染 小 等优 点 ， 抗 投 环 随着 国家 禁用实 心粘 土砖 和 限制使 用空 心粘 土砖 政策 的推 出 ， 快住 宅产 业 化进 程 、 极推 广钢 结构 住宅 体 系在 加 积 国 内受 到普遍 关 注． 结构 住 宅 中 ， 钢 围护结构 的选 用 往往 是其 推广 应 用 的技术 关键 ． 我 国 ， 在 各类砌 体 填 充墙常 不考 虑其 对框 架抗 侧力 的贡 献口 ， 而在 实际 的受 力过 程 中 ， ］然 由于砌 体填 充墙 与框 架 的梁柱 之 间 耦 连作 用 ， 填充 墙框 架结 构 的受 力情 况与 纯框 架 的受 力情况 有 较大 差异 ． 究各 组成 部 分之 间 的相互 使 研 关系 ， 清 围护体 系对 钢框 架抗 侧 力性 能及 改善 抗震 性 能 的贡献 ， 钢结 构住 宅产 业 的发展 有 着非 常重 认 对
筑 ． ｏ 理 工 大 学 土 木工 程 与 建 筑 学 院 ， （ 武汉 １ 湖北 武 汉 ４ ０ ７ ；． ３ ０ ０ ２ 东莞 理 工 学 院 城 市 学 院 ，广 东 东 莞 ５ ３ ０ ） ２榀 １： 通 ２钢 框 架 模 型 和 一 榀 １： ２腔 砌 块 复 合 墙 体 钢框 架 模 型 在 低 周 往 复 荷 载 作 用 下 的 抗 侧 力 技 ． 试 验 ， 钢 框 架 在 低 周 往 复 荷 载 作 用 下 的 Ｐ△ 滞 回性 能 、 度 关 系 、 性 系 数 、 坏 形 式 及 耗 能 性 能 等 特 ＆ 到 得 刚 延 破 性 ， 两 榀 框 架 的 相 关 特 性 作 了 对 比分 析 ． 大并 对 在此 基 础 上 ， 用有 限元 分 析 软 件 对 两 榀钢 框 架 模 型 进 行 非 线 性 利
填充砌块对密肋复合墙体受力性能影响的非线性数值分析
要 ： 用 有 限 元分 析 通 用 软 件 Ａ Ｓ Ｓ 以有 填 充 砌 块 和 无 填 充砌 块 的两 类 １２比例 、 虑 不 同剪 跨 比 运 ＮＹ ， ／ 考
开洞砌体填充墙混凝土框架结构的非线性有限元分析
非线 性 有 限元软 件 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ中共有 Ｓ Ｐ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ１ 、 Ｓ Ｐ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ ２ 、 Ｓ Ｐ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ Ａ三 种 弹簧 ，三种 弹 簧都 具有 非 线性 性能 。 其中 Ｓ Ｐ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ１用于单 节点 与地 面相连 ， 只在一个 固定 方 向起作 用 。 Ｓ Ｐ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ Ａ用 于连接 两个 节点 ， 弹簧 变形 方 向即 为两节 点连 线 。 文 中选用 Ｓ Ｐ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ Ａ 弹簧单元 模 拟填充 墙 与框架 的连 接 ， 而 采用 Ｓ Ｐ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ１ 模 拟填
［ 收 稿 日期】 ２ ０ １ ２ － ０ ６ － ０ ５ 【 基 金 项 目］ 江 苏 省 企 业 院 士工 作 站 科 研 项 目 （ Ｙ Ｇ 一 ２ ０ １ １ － ０ ６ — ０ ６ ） 图 １ 整 体 结 构 有 限 元 模 型
［ 作 者 简 介】 程俊涛（ １ ９ ８ ３ － ） ， 男， 山东 滨 州 人 ， 硕士研究生 。
１ 有 限元 模 型 的建 立
１ ． １ 单 元 类型 的选取
混 凝 土 和 混 凝 土 空 心 砌 体 单元 采 用 三 维 八 节 点 六 面 体 一 阶 实体 单 元 Ｃ ３ Ｄ ８ Ｒ模拟 ， 它 使 用 缩 减 积 分
（ Ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ — ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ） 和沙 漏 （ ｈ ｏ ｕ ｒ ｇ ｌ ａ ｓ ｓ ） 控制 ， 可 大大 节省 计算 时问 。 而纵 向受 力筋 和箍筋 采用 Ｔ ３ Ｄ ２杆 单元
填 充墙 框架结 构作 为现 阶段 我 国应用最 广泛 的 的一种建 筑结 构形 式 ， 由于建 筑 功能 的需要 常常 开设 门 、
窗 等洞 口 ， 形 成开洞 砌 体填 充墙 框架 。洞 口的大 小 、 洞 口位 置 、 洞 口的长宽 比等 对砌 体填 充 墙 的性 能 均有 一
浅析填充墙对框架结构的影响
为了从两种设计方法上来研究填充墙对框架的影响 ，本
文借助 ＭＩ Ｄ ＡＳ ＧＥ Ｎ有 限元 分析软件 ， 建立采用框架－ 填充砌 体剪力墙的图 １ 模型 Ａ与视填充墙为荷载 的纯框架模型 Ｂ 。
ｌ ｌ ｌ ０ ９ ８ ７
１ ． ５ ５１ １ ． ７ ５ ９ ６ １ ． ７ ３ ２ ２ １ ＿ ８ｌ ｌ ８ ｌ ＿ ８ ５ｌ ５
１ ０ 一 ， 重度为 １ １ ． ８ Ｋ Ｎ／ ｍ’ 。
表 ２ 反应谱分析中最大层间位移（ ｍ ｍ） 及层间位移角
楼层 模型 Ａ 模型Ｂ 层 问位移 层间位移 层 问位移 层 间位移 角 角
ｌ ２ １ ． ２ ７ ７ ６ ｌ ／ ２ ８ １ ８ ２ ． １ ２ Ｏ ４ １ ／ １ ６ ９ ８
Ａ ／ Ｂ
０ ． ４ ４ ５ ６
・ Ｏ． ３ ８ ｌ ６ ０ ３ ５ ５ ８ ０． ４ ２ ８ ３ ０． ３ ８ ９ ３ ０． ３ ６ ６ ８ ０． ４１ ８１
本文在分析软件 ＭＩ ＤＡ Ｓ ＧＥ Ｎ中采用框架． 填充砌体剪力
墙模型 （ 视填充墙为剪力墙与框架共 同抵抗水平地震作用） 进 行分析 ， 填充埔取 ２ ０ ％的弹性 刚度作 为 自身 的有效刚度 。 本文针对 １ ２层的三跨框架来进行分析 ， 平 面布 置为 Ｘ方 向 卜６个跨度均采用 ６ ． ３ ｍ， Ｙ方 向ｊ ： 的跨度分别为 ６ ｍ、 ２ ． ７ ｍ、 ６ ｍ， 楼层高度均 为 ３ ． ６ ｍ， 梁、 板选用 Ｃ ３ ０ ， 柱选用 Ｃ ４ ０混凝土， 结构所在场地类别拟定 为 ｌ Ｉ 类， 地震分组为第一组 ， 该地区为
反应谱分析
文章编号： １ ０ ０ ７ － ３ ９ ７ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ ０ － ０ ２ １ － ０ ２
填充砌块对密肋复合墙体受力性能影响的非线性数值分析(精)
填充砌块对密肋复合墙体受力性能影响的非线性数值分析*王爱民(长春工程学院土木工程学院 长春 130012)姚谦峰 吴敏哲(西安建筑科技大学土木工程学院 西安 710055)摘 要:运用有限元分析通用软件ANSYS,以有填充砌块和无填充砌块的两类1P 2比例、考虑不同剪跨比的底部两层密肋复合墙体作为分析对象,对墙体模型在竖向和水平荷载作用下的侧移刚度、承载力及墙体截面应力应变分布特征等进行了非线性对比分析,得到填充砌块对复合墙体侧移刚度和压弯承载力贡献的量化分析结果,总结出填充砌块对提高复合墙体侧移刚度、改变墙体压弯破坏模式的作用。
分析结果表明,加气混凝土填充砌块对复合墙体的侧移刚度具有较大贡献,对墙体抗弯承载力贡献不大,但对墙体的压弯破坏模式产生较大影响。
该分析结果为建立密肋复合墙体压弯承载力简化计算方法提供了参考和依据。
关键词:密肋复合墙体 加气混凝土填充砌块 数值分析NONLINEAR NUMERICAL ANALYSIS OF INFLUENC E OF FILLED -BLOC KON BEHAV IOR OF MULTI -RIBBED COMPOSITE WALLWang Ai min(School of Civil Engineering ,Changchun Institute of Technology Changchun 130012)Yao Qianfeng Wu Minzhe(School of Civil Engineering,Xi .an University of Archi tecture and T echnology Xi .an 710055)Abstract :Usi ng finite element software ANSYS,adopting two types of mult-i ribbed composi te walls wi th and wi thout filled -block as analysi s objects,that are with 1P 2scale,bottom two s tories considering differen t shearing -span ratio,lateral stiffness,bearing capacity,sectional stress and strain distribution of the walls under horizontal and vertical load were analyzed wi th nonlinear numer ical method.The quantizing results of contribution of the filled -block for lateral stiffness and compression -bending bearing capacity of the wall were obtained.The effects of the filled -block for increasing lateral stiffness and changing compression -bending failure form of the wall were su mmed.The analysis results indicated that contribution of aerated concrete filled -block for lateral stiffness of the wall was larger than that for compression -bending bearing capacity,and compression -bending failure form of the wall were influenced by the filled -block,which provide support for establishing simplified calculation method of compression -bending capacity of the mult-i ribbed composite wall.Keywords :mult-i ribbed composite wall aerated concrete filled -block numerical analysis*国家自然科学基金资助项目(50578011);中国博士后基金资助项目(2005038606);教育部博士点专项基金资助项目(20050004013);北京交通大学/十五0专项基金资助项目(2005ZS002);陕西省教育厅自然科学基金资助项目(06JK256、06JK264);陕西省自然科学基金资助项目(陕科[2004]68号)。
砌体结构非线性有限元建模方法探析
砌体结构非线性有限元建模方法探析1、引言在计算机技术飞速发展的今天，借助有限元分析软件对建筑结构的静力和动力特性进行数值模拟分析已成为一种行之有效的研究方法。
在众多的结构计算和分析的软件中，ABAQUS是一套功能强大的工程模拟有限元软件，也是目前世界上较为先进的大型通用有限元分析软件，其可解决的问题范围从相对简单的线性分析问题到许多复杂的非线性问题。
因此，本文基于ABAQUS/Standard有限元分析平台，提出建立砌体结构模型的方法。
砌体结构力学性能比较复杂，在受到地震作用时，可能产生多种失效模式，比如砌块的劈裂，砂浆受拉受剪破坏，钢筋混凝土构件的受弯和受剪破坏，砌块及混凝土的受压破坏等。
所以应用ABAQUS软件对此砌体结构进行数值模拟分析是比较复杂和困难的。
因此，有限元模型建立的准确性和合理性对计算结果的可靠性起着决定性的作用。
2、基本假定2.1連续性假设连续性假设是将砌体材料这种非连续介质视为连续介质，这是整体式模型的前提条件，对于这种复合材料只要宏单元尺寸比块体大5倍，连续性假设就成立。
2.2匀质性假设匀质性假设是假设砌体材料由同种材料组成，则物理性质不会随坐标的改变而变化，对任意部分的分析都可以应用到整体。
如果物体由两种或两种以上的材料组成，只要每一材料的颗粒远小于物体，而且均勾分布，物体就可看作均匀的。
2.3各向异性假设对砌体而言，即使材料构成的两相各自都是各向同性，由于其几何布置方式，砌体表现出明显的方向性。
2.4各向同性假设各向同性假设是假设物体内任意点的物理性质在各个方向上都相同，与坐标轴的选择无关，则弹性分析时独立的弹性系数只有2个，刚度矩阵形式简单。
3、模型建立方式3.1整体式模型整体式模型是将砂浆分布于整个单元中，将单元看作匀质材料。
仅从平均意义上考虑灰缝的影响，不考虑块体与砂浆间的相互作用，视砌体为均匀各向同性（或各向异性）连续体。
该模型适用于分析比较大的砌体结构以及着重于结构宏观反应的情况等。
地震作用下框架填充墙结构的有限元分析
地震作用下框架填充墙结构的有限元分析俞裕果;任然【摘要】框架填充墙结构在地震作用中受到的破坏最为严重,亟需提出针对该类结构合理有效的分析和计算模型.文章中,对一幢纵横向均为三跨的五层框架填充墙结构采用SAP2000结构分析软件进行有限元分析,先后按实际填充墙布置建模、以及按照等效斜撑布置建模,对比规范规定的采用0.7的周期折减系数的分析方法.验证了规范中所采用的周期折减系数是严重低估填充墙对框架结构刚度的影响的,在设计中将导致严重安全隐患.并同时提出了更为简便、且满足工程要求的等效斜撑截面面积计算方法,建议在框架填充墙结构的相关分析和设计中采用此方法.%The collapse of RC infilled frame located the most significantplace.Therefore.the propose of reasonable analysis method and FEM model becomes a task extremely urgent.A RC infilled frame with three bay in both X and Y direction and 5 floors is specified in this essay,two modeling method are employed.those are practical modeling and equivalent diagonal bracing modeling.These two metod is used to compare with the most widespread designing mean of adopting reduction factor 0.7 which written in the code.More convennient as well as practical method of calculating the section area of the equivalent diagonal bracing is proposed.Meanwhile, the disadvantages of adopting the reduction factor 0.7 is proved as well.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2012(031)027【总页数】3页(P66-68)【关键词】钢筋混凝土框架填充墙结构;有限元计算;实体建模;等效斜撑模型【作者】俞裕果;任然【作者单位】华南理工大学土木与交通学院,广州510641;华南理工大学土木与交通学院,广州510641【正文语种】中文【中图分类】TU30 引言钢筋混凝土框架填充墙结构因其设计、施工方便且空间布置灵活而广泛应用于我国的办公楼、商业建筑及住宅。
柔性连接填充墙RC框架结构非线性有限元分析
柔性连接填充墙RC框架结构非线性有限元分析
张永兵;覃智阳;李勇
【期刊名称】《建筑结构》
【年(卷),期】2024(54)5
【摘要】为了研究橡胶作为新型柔性连接材料对填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能的影响,在7榀1/2缩尺填充墙RC框架结构低周反复加载试验的基础上,采用DIANA有限元软件分析了填充墙与框架之间的连接方式、砌块材料、柔性连接材料以及砂浆强度对填充墙RC框架结构抗震性能的影响。
结果表明:与刚性连接相比,以橡胶作为新型柔性连接材料,能减缓结构的强度和刚度退化,极大降低结构的破坏程度,显著提高结构的抗震性能;高弹性橡胶和高阻尼橡胶作为柔性连接材料均表现出优异的抗震性能,而聚苯板(EPS)作为柔性连接材料的抗震性能要比橡胶差;刚性连接方式下不同砌块材料对结构抗震性能影响很大,当使用强度较高的砌块材料时建议采用柔性连接方式以减弱墙-框相互作用;合理降低砂浆的强度等级,可以改变填充墙的破坏模式,对抗震有利。
【总页数】10页(P117-125)
【作者】张永兵;覃智阳;李勇
【作者单位】广西大学土木建筑工程学院;工程防灾与结构安全教育部重点实验室;广西防灾减灾与工程安全重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU375
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及 配筋 见 图 ４ 。材 料 的实测 性能 如表 ２ 。
表 １ 试 件 参 数 设 计
。
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所示 ， 折 线第 一 上 升段 的斜 率 ， 取 钢 筋本 身 的弹 性模 量 ， 第二 上 升段 为钢 筋 强化 段 ， 此时 的斜 率大致 可取 为钢 筋 弹性模 量 的 ０ ． ０ １ 。 填 充墙 砌体 采用 Ａ Ｂ ＡＱ Ｕ Ｓ提 供 的混凝 土 塑性损 伤模 型 。 采用 Ｔ ｕ ｍｓ ｅ ｋ
混凝土砌体 实心 砌块
ｆ
３ － ３ ９
３ ２
工
２ Ｏ １ ３
３ ． ２ 结 果 对 比 分 析
运用 上述建 模方法 ， 对 ４榀 填充墙 框架模 型 和 ２榀 纯框 架模 型进行 分析 ， 并将 分析 结果 与试验 进行 比较
分析 ， 分 析结果 见表 ３和 图 ５ 。
４ ２１ ． ７ ６ ２ ５ ． ８
Ｍ Ｐ ａ
立 方体
￡
３ １ ． ４ ９
监１ ０
５ ２ ｏ ． ８ ６ ８ ２ ． ２
盐１ ２
５ ｏ ９ ． ５ ６ ９ ４ ． ０
混凝土 棱 柱体
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空心 砌块
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４ ． ２ ５
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第 １期
１ ． ２ 边界 条件 及加 载
皮 淑萍 等 ： 砌 体填 充墙 框架 结构 的非线 性有 限元 分析
３ １
框架 柱底 采用 固结 ， 混凝 土 与钢筋 骨架 之 间不考虑 滑 移 。 有 限元 模 型 加载 时分 两步 进行 ， 首先在 两 柱顶 加轴 向力 并在 后 续过 程 中保持 不变 ， 然 后在 梁端 施加 水平 荷载 。
４ ． Ｎ６ ａ ／ ｌ ａ ０
吨 ，
±
（ ａ ） Ｂ Ｆ 一 １ 、 ＭＷＦ 一 １ １ 、 ＭＷＦ 一１ ２配 筋 图
（ ｂ ） Ｂ Ｆ 一 ２ 、 ＭＷＦ 一 ２ １ 、 ＭＷＦ 一 ２ ２配 筋 图
图 ４ 试 件 配 筋 图 表 ２ 材 料 实 测 性 能
钢筋
击６
２ ３ ５ ． ０ ７ ２ ３ ９ ． ７ １ ． ９ ７
— ３ ５ ． ６ １ 一
分析结果 误差 值， ％
注： ＝ ０ ． ８ ５
图 ５ 试 件荷 载一 位 移 曲 线 的试 验值 与计 算 值
由表 ３和 图 ５可 知 ， （ １ ） 各试 件各受 力 阶段 的荷 载特 征值 的计 算值 与试 验值 符 合较好 ， 其荷 载一 位 移 曲线 的变化 规律 与试 验 曲线基 本一 致 ， 验证 了有 限元 分 析模 型 的可靠 性 。 （ ２ ） 屈服 荷 载时 ， 荷 载 比值 （ 平均值 ０ ． ９ ９ ８ ， 标 准偏 差 ０ ． ０ ４ ６ ； 位 移 比值 （ △ （ ， ） 的平 均值 ０ ． ９ ９ ３ ， 标准偏 差 ０ ． ０ ０ ４ ， 位移 比值 （ △ ｍ 嘧 【 ／ △ ） ） 的平均值 １ ． ０ ８ ８ ， 标 准偏 差 ０ ． ３ ４ ２ 。 ） 的 ） 的平 均值 １ ． ３ ０ ２ ， 标 准偏 差 ０ ． ３ ７ ７ ； 峰 值荷 载 时 ， 荷 载 比值
图３砌 体 应 ８ ／ ０ ％ 力 一 应 变 曲 线
以 ４榀填 充墙 框架 （ ＭＷＦ — ｌ １ 、 ＭＷＦ 一 １ ２ 、 ＭＷＦ 一 ２ １ ， ＭＷＦ 一 ２ ２ ） 和 ２榀框 架模 型 （ Ｂ Ｆ 一 １ 、 Ｂ Ｆ 一 ２ ） 为验证 对象 ，
试件 Ｍ ＷＦ － １ １ 、 ＭＷＦ 一 １ ２ 、 ＭＷＦ － ２ １ 与 ＭＷＦ 一 ２ ２考 虑 了墙 体强 弱 和框 架 强弱 对结 构 抗震 性 能 的影 响 ， 具 体参 数见 表 １ 。模 型 的几何 比例 为 １ ： ２ ， 试 件 混 凝 土 的设 计 强 度 等级 为 Ｃ ２ ５ ，实 际轴 压 比 ０ ． ２ ５ ，框 架 纵筋 采用
表 ３ 计 算 值 与 试 验 值 的 比较
试验 结果
２ ３ ８ ． ６ ５ ２ ４ １ ． ７ ２ １ ． ２ ９
１ １ ． ０ ５ ７ ． ９ ５ ２ ８ ． ０ ５
２ ７ ９ ． ８ ４ ２ ８ ２ ． ０ ０ ０ ． ７ ７
１ ３ ． ９ ９ １ ７ ． ２ ４ ２ ３ ． ２ ３
２ 材 料 本 构 关 系
混凝 土采 用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ提供 的混 凝 土 塑性 损 伤模 型 。混 凝 土 的应力 一
应变关 系 曲线采 用 《 混凝 土结 构设计 规 范》 附录 Ｃ的相 关 曲线网 。
钢筋 的应 力一 应 变 曲线 采用 强 化 的二折 线 模 型 ， 无刚度退化 ， 如图２
等罔 提 出 的抛 物 线 型 的 应 力 一 应 变关系 曲线 ， 见图 ３ ； ｔ ｒ ／ ｔ ｒ ｍ ＝ ＝ ６ ． ４（ 。 ） 一
５ ． ４ （ ６ ／ ｅ ｏ ） ， 其 中， 为 最大 应力 时 的应 变 。
３ 填充墙框架结构 的有 限元分析
３ ． １ 基本 参数
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