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余文正等 砌体结构抗连续性倒塌影响分析 5 9 砌体 结构抗连 续性倒塌影响分析 余文正， 陶忠， 杨瑞欣， 张敏， 樊艳云 昆明理工大学建筑工程学院土木工程系， 昆明6 5 0 2 2 4 【 摘要】 用 A N S Y S ／ L S D Y N A软件对二层砌体结构进行了地震倒塌模拟， 倒塌模拟过程中通过改变底层 墙体强度来分析底层墙体对砌体结构抗连续性倒塌的影响。模拟结果表明提高砌体结构底层强度， 可以延缓砌 体结构开始破坏时间和开始倒塌时间， 但是， 底层墙体强度有一个最优值， 当底层强度超过最优值时， 开始破坏时 间和开始倒塌时间不仅不会延缓， 反而会提前。 【 关键词】 A N S Y S ／ L S D Y N A； 砌体结构； 底层墙体； 连续性倒塌 【 中图分类号】 T U 3 6 4 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 2 1 0 0 0 5 9 0 3 砌体结构整体性差 ， 在地震作用下， 容易产生连续 倒塌u 。然而， 砌体结构取材容易、 施工方便、 构造简 单、 造价较低， 在我国城乡建设中应用非常广泛 。因 此 ， 对砌体结构进行抗倒塌性能的研究具有非常重要 的现实意义。在之前研究中表明砌体结构底层由于受 到水平地震作用较大， 抵抗力不足， 容易产生破坏 ， 导 致整个结构连续倒塌。同时， 门窗洞 口处容易形成应 力集中， 容易导致门窗洞口产生局部破坏 ， 以致整个结 构的连续倒塌。因此， 提出提高砌体结构底层强度的 方法来增加结构抵抗连续倒塌的能力。然而， 侯杰提 出等比增加材料强度或单纯增加某些部件的强度可 能会给砖砌墙体带来危害 。那么增加底层强度是 否能提高砌体结构抵抗连续倒塌 ， 是否会引起其它薄 弱部位导致结构不安全， 下面针对这些问题展开分析。 1 计算模型 1 分析模型。为精确模拟实际结构 ， 采用空 间三维实体模型。模型为两层， 层高为 3 m， 墙上窗洞 口尺寸为 1 ． 4 m1 ． 2 m， f - j 洞 口尺寸为 2 ． 2 m x 1 ． 2 m。 采用现浇混凝土楼板， 板厚为 1 2 0 m m。平屋顶模型女 儿墙高 0 ． 5 m， 如图 1 和图2 所示。 图1底层平面图 图2模 型实体图 砌体的材料本构关系采用 L SD Y N A中的材料 Ma t e r i a l Mo d e l 3 P l a s t i c K i n e m a t i c 塑性 随动 模 型 。 砌 体 单 元 材 料 密 度 为 1 7 0 0 k g ／ m ， 弹 性 模 量 为 2 7 0 4 MP a ， 泊松比为 0 ． 2 。楼板混凝土等级取 C 2 5 ， 其 材料本构关系同砌体 ， 材料密度为 2 5 0 0 k g ／ m 3 ， 弹性模 量为 2 8 0 0 0 M P a ， 泊松比为 0 ． 3 ， 抗压强度为 1 1 ． 9 MP a ， 失效应 变取 0 ． 1 。 为了研究底层墙体强度提高的情况下， 是否可以 提高砌体结构抵抗连续倒塌， 是否会引起其它薄弱部 位导致结构不安全 ， 底层墙体取 6种不 同强度。墙体 材料强度如表 1 所示。 表 1 墙体材料强度 2 地震 波 。施 加 方 向地 震 波 为人 工 地震 波。其峰值加速度值为 6 1 9 g al， 如图3所示。 鬯 R ‘● _ 4 6 6 蝴 8 r l l _ 时间 图3人工地震波 2数据分析 为了研究提高底层强度对砌体结构抗连续性倒 塌性能的影响， 用 A N S Y S ／ L SD Y N A软件对二层砌 体结构在 方向地震作用下进行倒塌模拟， 比较了各 工况下砌体结构开始出现破坏和开始倒塌的时间。其 任瑞合 用膨胀加强带代替后浇带的做法 6 1 用膨胀加 强带代 替后 浇带 的做 法 任瑞合 I 石家庄市住房开发建设有限责任公司 。 石家庄0 5 0 0 1 1 【 摘要】 现浇整体式钢筋混凝土结构中， 通常采用设置后浇带来防止混凝土收缩和温差裂缝。通过工程 实践结合相关技术研究成果， 对膨胀加强带代替后浇带的做法从设计、 施工等方面详实介绍 ， 可在工程中借鉴。 【 关键词】 膨胀加强带 ； 后浇带； 设计； 施工 【 中圈分类号】 T U 7 5 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 2 1 0 0 0 6 1 0 2 现浇整体式钢筋混凝土结构中， 通常采用设置后浇 带来防止混凝土收缩和温差裂缝。但后浇带的清理、 凿 毛及二次支模会给施工带来麻烦和费用增加， 另外， 后浇 带混凝土一般在两个月后施工， 其间的技术措施及施工 管理要求较高， 稍有疏忽工程质量受影响甚至出现安全 事故或留有质量隐患。近年来我单位施工的工程中用膨 胀加强带代替后浇带做法工程质量好， 工期缩短、 费用合 理， 得到设计、 监理及建设单位的认可。 1 膨 胀加强带 一 种减免后浇带的技术措施。采用 自应力为0 ． 5 1 ． 0 MP a 的补偿收缩混凝土浇筑的一定宽度的部位 ， 其两侧相邻区间浇筑 自应力为 0 ． 2 0 ． 7 M P a的补偿 收缩混 凝土。 2抗裂原理 膨胀加强带是一种 旨在提高混凝土结构抗裂性 能的技术措施。在膨胀加强带内填充掺一定比例膨胀 剂的补偿收缩混凝土 指在所使用的配筋条件下使混 凝土内部建立 0 ． 2 0 ． 7 M P a的压应力或者使混凝土 所受的拉力低于混凝土抗拉强度的一种微膨胀混凝 土 ， 由于补偿收缩混凝土干缩开始时间往后推迟， 此 间混凝土的抗拉强度得到长足的增长 ， 已能够抵抗混 凝土干缩所产生的拉应力 ， 故可减免有害裂缝的产生。 3 膨胀加 强带设计 膨胀加强带示意见图 1 ， 一般设置在后浇带的位 置， 宽度为 2 3 m， 附加配筋见表 1 。 表 1 膨胀加强带附加配筋 底板 双层 、 双 向 宜为原同向钢1 5 0- 2 0 0 楼板 、 顶板 双层 、 双 向 q fl0 筋配筋率的 1 0 02 0 0 5 0 0 墙体水平筋 双排 1 0 ％ 一 1 5 ％ 1 0 0 ～ 1 5 0 砌体结构的底层墙体强度有一最优值， 当底层墙 体强度低于最优值时， 在地震作用下， 结构由底层开始 破坏 ， 使底层结构缺少足够的承力构件， 导致整体结构 发生连续性倒塌 ， 因此 ， 当底层墙体强度低于最优值 时， 单独提高其强度 ， 可以推迟砌体结构开始破坏时间 和开始倒塌时间。 当底层墙体强度高于最优值时 ， 在地震作用下， 由 于楼板与墙体的搭接强度不足， 使连接处发生破坏， 使 后侧墙体缺少横向支撑， 致使后侧墙体产生失稳破坏， 上层结构失去稳定性向下运动， 砸向下层结构， 迫使下 层结构破坏， 最终导致整体结构发生连续性倒塌 ， 因 此 ， 其破坏模式已经发生了改变， 底层墙体强度对结构 开始破坏和开始倒塌时间不再起控制作用， 起控制作 用的因素转变为楼板与墙体的搭接强度和上层结构 的强度。此时， 单独提高底层强度， 在地震过程中， 会 使底层刚度增加， 致使传至上部结构地震力增强， 开始 破坏时间和倒塌时间不仅不会推迟， 反而会提前。 参考文献 [ 1 ] 梁益， 陆新征， 李易， 等 ． 3 层 R C框架的抗连续倒塌设计[ J ] ． 解放军理工大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 7， 8 6 6 5 9 6 6 4 ． [ 2 ] 刘海卿， 倪镇国， 欧进萍 ．强震作用下砌体结构倒塌过程仿真 分析[ J ] ．地震工程与工程振动， 2 0 0 8 ， 2 8 5 3 8 4 2 ． [ 3 ] 侯杰 ． 地震作用下砖砌墙体倒塌分析[ G ] ／ ／汶川地震建筑震 害调查与灾后重建分析报告 ．北京 中国建筑工业出版社， 瑚8 ． [ 4 ] 尚晓江， 苏建宇 ， 等 ．A N S Y ／ L S D Y N A动力分析方法与工程 实例 第二版 [ M ] ．北京 中国水利水电出版社， 2 0 0 8 ． [ 5 ] G B 5 0 0 1 1 2 0 1 0 ， 建筑抗震设计规范[ s ] ． [ 收稿日期] 2 0 1 2 0 4 2 8 [ 作者简介] 余文正 1 9 8 5一 ， 男， 湖北黄冈人， 硕士生， 从事 结构 工程及工程抗震研究。