开洞砌体填充墙RC框架结构抗震性能研究.doc

开洞砌体填充墙RC框架结构抗震性能研究在我国以及全世界范围内,砌体填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构均是一种最常见的多层建筑结构形式,由于采光和使用功能的需要,填充墙在此类建筑中经常设置门窗洞口。历次地震震害表明,填充墙的存在对RC框架结构抗震性能起到了不可忽略的影响,而洞口的存在使填充墙的震害更加复杂。填充墙与RC框架之间的相互作用和协同工作,影响了整体结构的力学行为和失效机制,门窗洞口的存在改变了填充墙的传力路径,对填充墙框架结构的抗震性能产生显著影响。但是在实际结构抗震设计和分析中,工程师往往将填充墙当作一种非结构构件,忽略了填充墙在结构地震反应过程中所起到的作用和影响。因此,深入研究开洞填充墙RC框架结构的抗震性能,找到一种合理有效的方法来评估开洞填充墙对结构的影响,成为重要的研究课题。本文通过足尺拟静力试验和精细化有限元数值模拟方法相结合,对开洞填充墙RC框架结构抗震性能进行了深入的研究。建立了开洞填充墙RC框架结构的精细化有限元模型,通过足尺拟静力试验结果验证了精细化有限元模型的正确性和可靠性,并对开洞填充墙的多种影响因素进行了分析,建立了适用于开洞填充墙的简化分析模型,研究了填充墙对多层多跨RC框架结构抗震性能的影响。本文的主要内容如下:(1)设计制作了两个不同高宽比的足尺单层单跨开洞砌体填充墙RC框架结构,墙体采用陶粒混凝土空心砌块和水泥砂浆砌筑,以实体填充墙框架和空框架作为对比,对试件进行了往复荷载作用下的拟静力试验。探讨了开洞填充墙、实体填充墙和空框架结构的破坏形式及荷载-位移滞回性能,采用刚度、强度、延性、能量耗散和等效粘滞阻尼比等指标对开洞填充墙框架结构的抗震性能进行了分析。(2)研究了往复荷载作用下拟脆性材料裂缝界面抗拉刚度的逐步退化和剪切膨胀效应等,建立了扩展有限元裂缝及界面单元材料本构关系,将其编入了基于FEAP的填充墙RC框架结构扩展有限元分析程序。通过对拟脆性材料开裂试验进行数值模拟,验证了本文建立的本构关系能够准确地反映裂缝界面上的受力性能。建立了填充墙RC框架结构的精细化有限元模型,对本文足尺砌块填充墙试件和文献中缩尺砖填充墙试件进行数值模拟,通过与试验结果的对比,验证了本文有限元模型的准确性。(3)利用本文的填充墙RC框架结构精细化有限元模型,研究了不同开洞位置、开洞大小、洞口形式、洞口高宽比、墙体高宽比、墙体高厚比和砌体强度等参数的变化对开洞填充墙RC框架结构的刚度、承载能力以及破坏模式等抗震性能的影响。(4)提出了开洞填充墙的刚度和承载力折减系数,并与他人所提公式进行对比,验证了本文公式的准确性。建立了适用于开洞填充墙等效撑杆的简化荷载位移曲线,并通过与足尺拟静力试验结果和精细化有限元分析结果的对比,验证了其适用性和准确性。利用填充墙简化分析模型,研究了不同的填充墙布置和填充墙开洞对多层多跨RC框架结构抗震性能的影响。