密肋壁板结构弹塑性计算模型研究(4.21终极)

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1、密肋壁板结构弹塑性计算模型研究黄炜1,，张程华1，姚谦峰1，2，陈国新1，3，荆罡1，侯莉娜1（1.西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055；2北京交通大学土木建筑工程学院，北京　100044；3.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐830052）提要:密肋壁板结构中多种材料及构件的使用与嵌套，使实体计算模型比较复杂，故对于整体结构在地震动作用下的全过程受力分析，需提出结构的弹塑性简化计算模型。根据不同的分析目的，结合课题组前期研究成果，提出密肋壁板结构在弹塑阶段两种简化计算模型——刚架—等效斜

2、压杆模型和刚架—整体斜撑模型。利用前期墙体拟动力试验研究结果，采用刚架—等效斜压杆模型对结构进行推覆及动力反应分析，验证模型的正确性；利用前期1/10比例振动台试验研究结果，采用刚架—整体斜撑模型对结构进行时程分析，验证刚架—整体斜撑模型的正确性。理论与试验表明：刚架—斜压杆模型具有一定的计算精度与实用性，适用于密肋复合墙体的非线性数值分析；刚架—整体斜撑模型兼顾高效性与精确性，适用于整体结构在大震下的弹塑性时程反应分析。关键词:密肋壁板结构刚架—等效斜压杆模型刚架—整体斜撑模型中图分类号:TU311.1TU31

3、1.4TU313.1文献标识码：A1引言5课题组研发的密肋壁板结构体系[1][2]是一种适应我国国情、满足墙体材料革新及建筑节能要求的生态、节能、减震、装配整体式住宅结构新体系。它主要由预制的密肋复合墙板和隐型框架及楼板装配现浇而成，如图1所示。（a）密肋合复墙板（b）密肋复合墙体图1-1密肋壁板结构构造示意图密肋壁板结构由砌块、肋格、外框等构件多层嵌套，构件之间具有多种协同工作关系，使其实体计算模型单元种类多、数量大、连接问题难以解决、计算异常复杂，故对于整体结构在地震动作用下的全过程受力分析，需提出结构的弹塑

4、性简化计算模型。结合课题组前期研究成果，本文提出密肋壁板结构在弹塑阶段两种简化计算模型——刚架—等效斜压杆模型和刚架—整体斜撑模型。2密肋壁板结构的简化数值模型在弹性阶段，密肋复合墙体作为一个整体受力构件，框格与砌块变形协调，课题组提出刚架-复合弹性板力学模型[3]；在弹塑性阶段，墙体中的砌块经历了从轻微弥散开裂到严重破碎、剥落的过程，框格及外框也逐步出现裂缝并持续发展，砌块与框格之间、复合墙板和外框架之间的变形协调关系被打破，给弹塑性计算模型的建立带来较大困难。结合前期研究成果，课题组根据不同分析目的（分别用于

5、构件及结构的非线性数值分析），提出密肋壁板结构在弹塑阶段两种简化计算模型—刚架—等效斜压杆模型和刚架—整体斜撑模型。2.1刚架—等效斜压杆模型塑性阶段，墙体中的砌块经历了从轻微弥散开裂到严重破碎、剥落的过程，砌块可以用一个个沿砌块对角线放置的等效斜压杆来代替，并将这弹塑性受力阶段视为钢筋混凝土框格和等效斜压杆的塑性铰从出现到完全破坏的过程（如图2所示）。（a）密肋复合墙体模型（b）等效斜压杆模型图2刚架-等效斜压杆模型示意图将填充砌块在墙体中的作用以节点变形相等的等效原则近似等效为斜压杆，建立带塑性铰刚架—等效斜

6、压杆模型，框架采用混凝土杆单元，等效斜压杆采用砌块杆单元(二力杆)，二者在连接处线位移变形协调。收稿日期：2009年09月基金项目：国家自然科学基金项目（50908188、50878021）；国家“十一五”科技支撑项目（2006BAJ04A02-5、2008BAJ08B011-03）；陕西省13115项目（2008ZDKG-76）；陕西省教育厅自然科学专项基金（09JK523）。作者简介：黄炜男1976年1月出生教授博士后主要从事新型建筑结构体系及高层结构抗震研究。E-mail:qqhuangwei2005@12

7、6.comTEL:029-83063576采用“等效斜压杆”单元其等效原则包括：1）自重相等；2）结构布置等效；3）墙体的骨架曲线大体一致。2.1.1刚架—等效斜压杆模型分析1）砌块的等效斜压杆计算借鉴参考文献对框架填充墙的研究[4]，可以得到斜压杆的等效宽度为：（1）其中：，，，分别为梁、柱与砌块接触面上的正应力与剪应力，按照文献[5]确定5砌体与框格接触面处正应力与剪应力；，为等效肋梁、肋柱与砌块接触面正应力为均布的接触长度系数；，为砌块的高、宽；为砌块抗压强度；为墙厚；。2）刚架—等效斜压杆塑性铰设置（1）

8、塑性铰的定义[6]SAP2000程序在处理非线性问题时，几何非线性和材料非线性需要通过相应的非线性塑性铰行为来模拟。一般情况下，结构中的非杆件构件因为无法生成塑性铰，因此无法进行非线性分析。SAP2000程序采用ATC-40中所建议的性能设计法，分别对不同类型的结构物与构件形式提供两种定义塑性铰的方式：一为定义塑性铰的相对强度（）与其塑性变形的关系，而另一种则是定义塑性铰