空斗墙砌体结构检测与非线性有限元动力分析

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1、第26卷第4期华中科技大学学报(城市科学版)Vo1．26No．42009年l2月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Dec．2OD9空斗墙砌体结构检测与非线性有限元动力分析魏文晖，熊利剑，吴亚丽(武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室，湖北武汉430070)摘要：本文对村镇住宅中常用的空斗墙砌体结构进行抗震性能研究。通过对武汉汉南区某二层空斗墙砌体结构进行动力检测，根据现场测试结果，建立了空斗墙结构的非线性有限元模型，对其进行了反应谱分析和动力时程分析，对该空斗墙结构抗震性能进行了评估。本文还通过对

2、不同构造的空斗墙砌体结构进行对比分析，讨论了影响空斗墙砌体结构抗震性能的各种关键因素，为空斗墙结构抗震评估和抗震设计提供了依据。关键词：空斗墙；检测；有限元分析；抗震性能中图分类号：TU365：TU311．3文献标识码：A文章编号：1672-7037(2009)04-0020-05空斗墙砌体结构由于用材节约，造价较低，是其进行了反应谱分析和动力时程分析，对该空斗南方很多村镇大量采用的结构形式之一。空斗墙墙结构抗震性能进行评估。另外，文中还通过对房屋的试验研究表明，空斗墙的脆性明显，抗剪强不同构造的空斗墙砌体结构对比分析计算，探讨度

3、较低，房屋的整体性差，其震害比同类型实砌砖了影响空斗墙砌体结构抗震性能的各种关键因素房严重⋯。然而对于空斗墙砌体结构的理论研(圈梁、构造柱等)，总结出各种因素对空斗墙砌究较少，房屋建造主要是凭经验完成，存在抗震安体抗震性能的影响，为空斗墙结构抗震评估和抗全隐患，因此进行空斗墙房屋的抗震性能研究具震设计提供了依据。有重要意义。本文首先对武汉市汉南区某在建二层空斗墙1工程概况砌体结构(图1)进行静力和动力检测。静力检测确定原结构砌体和砂浆的强度，再根据相关规范如图1所示，该建筑是一栋典型的空斗墙砌和参考文献[1]确定空斗墙的强度。动力

4、检测确体结构，对同类结构具有很好的代表性。图2为定空斗墙结构的动力特性，为有限元建模提供依I．_一1L]’]L据。考虑到空斗墙结构形式复杂，本文采用通过现场测试结果与有限元模型模态分析对比的方，善法，确定空斗墙刚度(即壳单元的厚度)，以此为g依据建立了空斗墙结构的非线性有限元模型，对l『吕霉●-Y，2600【2'200’．36oo．]840o(图1空斗墙砌体结构图2砌体结构平面图收稿日期：2009-04-22修回日期：2009-08-26作者简介：魏文晖(1963一)，男，湖北武汉人，教授，博士，研究方向为结构抗震，weiwenh

5、ui@whut．edu．cn。基金项目：武汉市建委科研项目(2008—12)。第4期魏文晖等：空斗墙砌体结构检测与非线性有限元动力分析·21·二层砌体结构平面图，每层层高3300mm，顶屋楼10．50mm，根据相关规程可以查得对应的砂浆强梯问层高2400mm，窗高1800mm，一般门洞宽度约为1．0MPa；粘土砖强度约为MU10，根据相1000mm，高2700mm，正门门洞宽2400mm，预制关规范和文献[1]，砌体抗剪强度为0．04MPa。板厚120mm，各楼层无圈梁和构造柱。表I实测数据与有限元模态分析结果对比2空斗墙砌体结构

6、测试本次测试使用高灵敏度的941B型超低频拾振器和放大器，测量由于外界各种干扰因素所引起的结构微小且不规则的振动，利用DH-5935N3空斗墙砌体结构有限元分析动态信号分析软件中的频谱分析模块得到结构水平方向(包括横向、纵向)的自振频率。为了得到3．1材料本构关系和有限元模型各种工况下结构阻尼比的变化情况，用DHMA—3．I．1砌体本构关系V2．3试验模态分析软件中的不测力算法模块得到本文假设砌体为各向同性材料，采用平面应空斗墙结构水平向及铅垂向的阻尼比变化隋况。力状态下的虎克公式和单向受压应力一应变关系引：2．1结构测点布置本次

7、测试使用4个941B型测速仪分别布置一一nn(I卜)J(¨t)在该住宅楼面和屋面控制点上，采用基本内存采样方式采取其加速度，并在试验前进行一致性标通过对上式赋值求导变换，砌体结构的弹性定，测点的布置分别如图3、4所示。模量以抗压强度设计值表示为：E=1200f4f(2)砌体结构的泊松比则采用经验公式]：：o．3f1e磊+0．14(3)本文分析中泊松比取值为0．15。3．1．2混凝土本构关系将构造柱或圈梁中混凝土材料假设为各向同性材料，剪切变形与拉压变形不耦合。3．1．3单元类型▲t—1分别表示肪向和y方向(1)圈梁和构造柱。采用梁

8、单元模拟圈梁和’构造柱，尺寸均为240mmX240mm，混凝土强度图3结构采集测点布置等级为C25，弹性模量取2．8×10MPa，泊松比为0．2。(2)楼面和屋面。楼面和屋面均为预制板结构，预制板采用混凝土壳单元模拟，两端释放转动约束，尺寸设置与预