基于易损性的砌体结构抗震抗倒塌研究

论文摘要

砌体结构在我国城乡建筑中占有很大的比例,砌体结构抗震性能的研究对新建砌体结构及现有结构的加固改造具有很重要的现实意义。散体单元法是近期发展起来的一种新的分析方法,其理论基础基于牛顿第二定律,通过散体单元间的相互作用迭代计算达到平衡状态。其计算过程不需要位移协调,可以模拟结构大变形状态下的性能。本文用MATLAB程序编制了扩展散体单元法(EDEM)的计算程序,并将计算结果与实验结果进行对比验证,计算结果与试验结果符合良好。然后用该程序计算了一个三层砌体结构的9片墙体,及调整参数后的12片墙体进行分析计算,得到各片墙体的骨架曲线。通过对比分析,得到材料强度、构造柱的设置及竖向压应力对墙体抗侧承载力及变形能力的影响。把每一层的所有墙体缩聚,得出层间弹塑性恢复力曲线的三折线模型。介绍了增量动力分析法(IDA)的基本原理及实施步骤,选择适合于砌体结构的层间剪切模型,采用EDEM程序计算得到的弹塑性恢复力曲线,选择10条地震波,对7栋不同材料强度等级、不同层数、不同构造柱比例的砌体结构进行IDA分析,得到多条地震记录的IDA曲线,并进行统计分析不到不同分为数的IDA曲线和性能点。通过7栋房屋IDA曲线的对比分析,得出材料强度等级、层数、构造柱设置数量对砌体结构抗震性能的影响。阐述了地震易损性分析的基本原理和基本分析步骤,将IDA方法运用于地震易损性分析,得出各极限状态的界限值,并绘出地震易损性曲线,求出曲线的拟合方程。并根据得到的数据进行分析,得出不同参数的砌体结构的抗震性能及特点。并能够直观的看出不同参数的砌体结构在地震中轻微破坏、严重破坏、完全破坏的概率,得到结构在不同性能水准下的表现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 砌体结构抗震的研究与发展
• 1.1.1 砌体结构抗震的研究背景及意义
• 1.1.2 砌体结构抗震（抗侧）承载力及结构抗倒塌研究综述
• 1.1.3 离散单元法研究综述
• 1.1.4 增量动力分析法及地震易损性分析研究综述
• 1.2 本文的研究内容
• 第2章 扩展散体单元法对砖墙体的数值模拟
• 2.1 计算程序MATLAB 简介
• 2.2 扩展散体单元法简介
• 2.2.1 扩展散体单元法的理论基础
• 2.2.2 扩展散体单元法的基本假定
• 2.2.3 扩展散体单元法的计算方法
• 2.3 扩展散体单元法程序编制
• 2.3.1 计算模型
• 2.3.2 几何关系
• 2.3.3 弹簧本构关系及破坏准则
• 2.3.4 阻尼
• 2.3.5 时步
• 2.3.6 收敛条件
• 2.3.7 程序收敛速度的影响因素及处理方法
• 2.3.8 计算流程图
• 2.4 计算程序的验证
• 2.5 数值模拟过程及计算结果
• 2.5.1 算例
• 2.5.2 计算结果
• 2.5.3 不同条件下墙体受力性能对比分析
• 2.5.4 墙体受力性能分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 增量动力分析法的应用
• 3.1 增量动力分析法简介
• 3.2 计算模型的选取
• 3.3 地震波的选取
• 3.4 IDA 的计算方法
• 3.5 IDA 计算过程及结果
• 3.6 IDA 结果分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 砌体结构的地震易损性分析
• 4.1 地震易损性分析简介
• 4.2 地震易损性分析的基本思想及原理
• 4.3 地震易损性分析中的计算及拟合问题
• 4.4 地震易损性分析的步骤
• 4.5 地震易损性分析的实施
• 4.5.1 1#栋的地震易损性曲线计算过程
• 4.5.2 2#-7#栋的地震易损性曲线计算结果
• 4.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录B 砌体墙片EMED 计算程序
• 附录C 层间剪切模型IDA 计算程序