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1、2006年1月沈阳建筑大学学报(自然科学版)Jan.2006第22卷第1期JournalofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience)Vol22,No1文章编号:1671-2021(2006)01-0040-05有限元法在砌体结构分析中的应用1,221,23王茂龙,刘明,朱浮声,李宁(1沈阳建筑大学土木工程学院,辽宁沈阳110168;2东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110004;3沈阳市城乡建设委员会,辽宁沈阳110013)摘要:目的研究有限元法在空间
2、砌体结构分析中应用的可行性,并提出模拟砌体带裂缝损伤状态的有限元建模及分析方法.方法进行砌体结构模型拟静力试验及脉动测试,并采用等效体积单元法对空间砌体结构模型进行有限元分析.在对有限元模型的优化更新研究中,以损伤状态下的识别刚度作为目标函数,根据结构位移、抗侧移刚度及外荷载三者的内在关系,通过调整弹性模量优化有限元模型来模拟砌体带裂缝工作状态,并对比拟静力试验及动态测试识别结果进行理论分析.结果利用所提出的有限元建模及分析方法很好地模拟了砌体结构完好及带裂缝损伤状态下的工作特性,有限元模型计算分析结果与实测值具有良好的
3、一致性.结论采用等效体积单元(RVE)可以准确模拟空间砌体结构的材料特性.利用动态测试数据结合反演理论进行结构模型的优化更新方法可有效模拟砌体结构的带裂缝工作状态,并有效地考虑砌体材料的离散性问题.关键词:有限元法;砌体;等效体积单元;参数互补校正法;匀质化;振动反演理论中图分类号:TU36文献标识码:A散性和连续性两种模型,两种模型都能用于结构0引言的线性和非线性分析.主要区别是离散性模型分别考虑砂浆和块体的不同单元属性,并利用接触由于砌体结构是由砂浆和块体两种性质截然单元进行单元间连接;而连续性模型是
4、把砌体材不同的材料砌筑而成的二相复合材料,所以在有料作为连续介质来分析,需要将砌体材料匀质化限元建模过程中单元模拟困难,导致砌体结构的得到与其工作特性及破坏形式都相同的新材料.有限元分析发展缓慢.笔者在综合分析基础上,把这是一种基于微观力学和微观结构的匀质技术,理论研究和工程实际紧密联系在一起,进行了砌得到的等效体积单元(RVE)能包括砌体所有的体结构模型的拟静力试验及动态测试研究.并应几何与组成信息,但需要确定一些在微观水平上用等效体积单元(RVE)进行空间砌体结构的线[1-2]的参数.性和非线性分析,探讨了模拟砌体结
5、构带裂缝工11等效体积单元的特点作状态下的有限元分析方法.砌体结构的等效体积单元具有如下特性:(1)1等效体积单元在砌体结构有限元所有的砌体材料特性;(2)连续性的介质材料;(3)介于连续模型与分散模型之间提供单元划分模分析中的应用式.简言之,就是把砌体材料等效为一种各项异性在砌体结构有限元建模过程中,通常采用离的匀质连续单元体.其优点在于:属于连续性模收稿日期:2005-05-10基金项目:国家十五科技攻关课题(2002BAB806-4);东北大学博士后基金项目作者简介:王茂龙(1976-),男,博士后,
6、主要从事结构工程及新材料研究.第22卷王茂龙等:有限元法在砌体结构分析中的应用41型,并考虑了砂浆和块体的特性,避开了离散模型为块体与砂浆破坏强度分界值,需要参考等效剪考虑不同单元建模的难题;同时考虑了砂浆和块应力的数值确定.笔者以此为破坏准则定义材料体的作用及相关信息.特性,模拟空间砌体结构的内力分析.等效体积单元的本构关系:砌体结构通常被2模型试验看作各向异性的材料,在平面应力-应变条件下砌体等效体积单元的弹性应变关系可以表示如试验模型是根据原型结构(一栋住宅)中两片下:横墙采用1/2缩尺制作的模型墙片,墙体采用
7、E11E1121MU75机制标准砖截锯成模型砖(115mmxx1-0xx12211-122153mm27mm)和M5混合砂浆砌筑,采用一顶yy=E2212E22yy(1)一顺方法砌筑,梁柱采用C20混凝土浇筑,两片0xy1-12211-1221xy墙平列正位并安放楼板,试件开间的尺寸为1400Gm,进深为48m,每层层高为14m,洞口高度为弹性模量可以通过3种不同的特定位移边界0975m,试件底部设置05m高墙体过渡层和条件下的应力-应变关系曲线得到:(1)xx0,
8、03m高的钢筋混凝土地梁,试件总高度为yy=xy=0;(2)yy0,xx=xy=0;(3)xx=50m,图1为试件尺寸情况及加载装置.施工方xy=yy=0;根据这些荷载情况可利用式(2)、法与实际工程相同,同时为了保持墙体中的压应(3)、(4)求出等效体积单元的弹性模量及剪切模力与原型结构一致,
