考虑材料随机性的村镇砌体结构抗震性能研究

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村镇砌体结构缺乏严格的抗震设计,且从砌块成型、砂浆制作到整体施工过程都比较粗糙。加上经济条件、技术条件相对落后,容易产生各种各样的材料随机性,从而影响结构的抗震性能,甚至进一步地影响到对砌体结构性能的有效评估。本文通过数值模拟,考虑弹性模量E、受拉强度ft、受压强度fm这三种砌体材料随机性,考察其村镇砌体结构抗震性能的影响作用。本文主要研究内容和成果如下:
  (1)建立基于MARC有限元软件平台的砌体建模方法。采用整体式建模方法,对砌体墙片、构造柱、圈梁采取分块建模,各部分之间设置接触,并按照此建模思路,分别模拟了有/无约束、有/无洞口四种类型墙体的低周反复加载实验,通过和实验结果进行校核,验证了本文建模方法的准确性。
  (2)研究材料随机性对砌体墙抗震性能的影响。使用 Monte-Carlo 随机法,结合MATLAB、Python 软件,对有/无约束砌体墙进行随机分析,分析抗震性能指标的平均值和变异系数,结果表明:①单独考虑 E、ft、fm的随机性中,fm的随机性影响作用相对最大;②相比单独考虑,综合考虑对砌体墙抗震性能影响更大;③砌体墙变形能力比承载能力受材料随机性影响更大;④无约束墙体抗震性能比有约束墙体受随机性影响更大。
  (3)提出有/无约束砌体墙的三折线骨架概率模型。综合考虑 E、ft、fm随机性,对 0.5、0.68、0.8、0.1 四种高宽比的有/无约束砌体墙进行随机分析,得到归一化骨架模型指标Δc/Δu、Pc/Pu、Δf/Δu,并使用ORIGIN进行拟合,确定其分布的均值和变异系数。
  (4)研究材料随机性对砌体结构抗震性能的影响。利用 Monte-Carlo 随机法、Pushover 分析手段,对有/无约束砌体结构进行随机分析,分析其抗震性能指标的平均值和变异系数,结果表明:①各种随机分析中,对砌体结构抗震性能的影响作用依次为:综合考虑E、ft、fm最大、fm次之、ft再次之、E最小;②无约束砌体结构受材料随机性影响更大;③变形能力比承载能力受到材料随机性影响大;④层间极限变形能力受各材料随机性影响作用基本相同。最后,通过比较最大层间位移角,评估了村镇砌体结构受材料随机性影响的倒塌可能性。
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