混凝土砌块结构静力非线性分析.doc

混凝土砌块结构静力非线性分析摘要：本文针对三个不同层数的典型约束混凝土砌块结构，在不同场地类别、不同地震强度下进行静力非线性分析，并与动力非线性时程分析结果进行了对比，为用静力非线性分析估计砌块结构的抗震性能提供参考依据。关键词：性态抗震；动力时程分析；静力非线性分析引言混凝土小型空心砌块是一种新型墙体材料，具有轻质、保温、节土、节能、增加使用面积等技术经济优势，应用前景极其广阔。静力非线性分析方法计算简便,基本上能反映结构的非线性性质，并能给出结构破坏的程度和破坏过程。本文以混凝土小型空心砌块结构为研究对象，通过对其进行静力非线性分析，且与非线性动力时程分析结果进行对比，考察这种方法在混凝土砌块结构抗震分析中的适用性，为砌体结构抗震分析和性态设计提供参考。图1约束砌块墙体恢复力模型1计算模型根据约束砌块墙体的滞回曲线，可以将其简化成四折线恢复力特性模型[1]（见图1）。图中A、B、C、D、E各点是由[1]所收集的墙片试验结果而确定，各特征点参数见表1。图中A点为完好状态特征点；B点为轻微破坏特征点；C点为中等破坏特征点；D点为严重破坏特征点，即极限点；E点为倒塌特征点。表1混凝土砌块墙体恢复力特征参数芯柱-构造柱砌块墙体构造柱砌块墙体ABCDEABCDEΔ/Δu0.1360.1870.511.80.1640.2370.511.6V/Vu0.40.550.7510.850.450.650.810.85砌块房屋各层抗侧承载力等于该层各道承重墙的抗侧承载力之和，承载力按文献[1]确定。2Pushover分析的基本过程（1）建立合理的结构合理的计算模型；（2）建立结构构件的恢复力曲线模型,并确定有关参数的数值；（3）计算结构在竖向荷载作用下的内力和结构自振周期；（4）选择适当的侧力分布模式，并确定荷载增量大小；（5）对结构施加逐步递增的侧向荷载，同时计算出相应的位移；在进行砌块结构的Pushover分析时，将其简化成集中质量的剪切型串联多自由度体系，多自由度体系的静力方程由于非线性也可写成增量形式：（1）式中：—结构刚度矩阵；—结构位移向量增量；—结构外力向量增量。计算时，算出每一级侧力增量下结构的位移增量，并不断修正结构的刚度矩阵，重复以上过程，直到结构位移达到目标位移为止。把得到的结果绘成基底剪力-顶点位移关系曲线，即结构能力曲线。通过上述分析，再与需求谱相结合，可以得到结构的一些重要的性态参数：如结构的顶点位移（或总位移角）、层间位移角，结构构件的变形、应力等；还可以得到结构的开裂屈服记录等等。将这些性态参数与结构在一定的性态水准下所要求的能力进行对比，从而可以估计结构在地震作用下是否满足一定的性态要求。3结构目标位移的确定本文采用改进的能力谱方法，估计砌块结构在地震作用下的目标位移。具体步骤如下：1）将Pushover分析得到的能力曲线转化为能力谱曲线；2）根据规范给出的弹性反应谱，由强度折合系数构造具有不同延性需求的非弹性需求谱（折合系数采用NassarandKrawinkler提出的方法,见[2]），再将非弹性谱也转换为谱加速度-谱位移形式；3）将能力谱和需求谱画在同一个坐标中，求出各个交点所对应的位移D，并计算μ=D/Dy（Dy为等效SDOF体系的屈服位移）。若计算得到的μ值与某条需求谱曲线的延性需求μ值相等，则能力谱曲线与该条需求谱曲线的交点所对应的位移即为等效单自由度体系的位移；4）将等效单自由度体系的位移转化成多自由度体系的目标位移。4算例分析本文选取三栋典型混凝土砌块结构为算例，基本情况如下：表2算例结构基本状况结构1结构2结构3层数六层一个单元七层一个单元八层承重体系纵横墙承重纵横墙承重横墙承重层高（mm）280028002800墙厚（mm）190190190构造措施外墙转角、楼梯四角及纵横墙交接处设置钢筋混凝土构造柱和芯柱，并在洞口两侧设置芯柱第1-3层在纵横墙交接处及每道横墙中间设置构造柱，第4-7层仅在纵横墙交接处设置构造柱。纵横墙交接处、外墙转角及楼梯间四角设置构造柱和芯柱构造柱、芯柱混凝土强度C20C20C20构造柱纵向钢筋4Φ144Φ144Φ14构造柱箍筋Φ6Φ6Φ6芯柱纵向钢筋Φ14——Φ14砂浆强度M10（1-3层），M7.5（4-6层）M10（1-4层），M7.5（5-7层）M10（1-3层），M7.5（4-6层），M5（7-8层）抗震设防烈度876本文采用静力非线性分析方法估计了结构在不同场地及不同地震烈度下结构的反应。在对结构进行Pushover分析时，选取了三种侧力分布模式：ⅰ）均匀分布、ⅱ）多项式分布和ⅲ）倒三角分布。另外，我们还对这三栋砌块结构进行了考虑多种因素的非线性动力时程分析，取得了不同场地、不同输入加速度峰值等条件下房屋的动力反应，以期与静力非线性分析结果进行对比。限于篇幅