构造柱和砌筑砂浆对砌体结构抗震能力影响分析

王骁; 孙柏涛; 闫培雷; 赵河先

doi:10.11899/zzfy20190304

构造柱和砌筑砂浆对砌体结构抗震能力影响分析

doi: 10.11899/zzfy20190304

王骁^{1, 2,},
孙柏涛^{1, 2},
闫培雷^{1, 2},
赵河先^{1, 2}

1.
中国地震局工程力学研究所, 哈尔滨 150080
2.
中国地震局地震工程与工程振动重点实验室, 哈尔滨 150080

基金项目:

国家自然科学青年基金项目 51708524

国家自然科学青年基金项目 51608495

详细信息

作者简介:
王骁, 男, 生于1994年。硕士研究生。主要研究领域:砌体结构抗震。E-mail:wangxiaoiem@163.com

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出版历程
- 收稿日期: 2019-02-03
- 刊出日期: 2019-09-01

Influence of Structural Columns and Masonry Mortar on Seismic Capacity of Masonry Structure

Wang Xiao^{1, 2
,},
Sun Baitao^{1, 2},
Yan Peilei^{1, 2},
Zhao Hexian^{1, 2}

1.
Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration, Harbin 150080, China
2.
Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration of China Earthquake Administration, Harbin 150080, China

摘要

摘要: 以汶川地震宏观震中映秀镇(实际烈度Ⅺ度)中裂而未倒且保存较完好的漩口中学南西栋教师宿舍楼为原型，采用有限元软件ABAQUS进行建模分析，研究构造柱布置数量、砂浆强度对砌体结构抗震能力的影响。分别通过改变构造柱布置数量和砂浆强度等级，建立3个模型进行对比分析，选取底层间位移角最大值作为衡量标准。研究结果表明：在遭遇烈度不高于Ⅷ度的地震时，构造柱的作用微乎其微，其布置数量的多少对砌体结构抗震能力的增加效果不明显；在遭遇烈度高于Ⅷ度的地震时，构造柱作用能够显现出来，其布置数量的增加能够有效增加砌体结构的抗震能力；砌体结构的抗震性能随砂浆强度等级的增加而提高。
- 砌体结构 /
- 有限元分析 /
- 抗震能力 /
- 构造柱 /
- 砂浆强度
Abstract: Based on the model of the teachers' dormitory in Xuankou middle school, which is well preserved in Yingxiu (actual intensity is XI degree), the macro-epicenter of the Wenchuan County earthquake was modeled and analyzed by the finite element software ABAQUS. The influence of the number of structural columns and the strength of mortar on the aseismic capacity of masonry structure is studied. By changing the number of structural columns and the strength grade of mortar, three models are set up for comparative analysis, and the maximum displacement angle between the bottom layers is chosen as the standard of measurement. The results show that when the intensity of earthquake is not higher than Ⅷ degree, the effect of the constructional column is negligible, and the number of the constructional column has no obvious effect on the aseismic capability of the masonry structure. When the intensity of earthquake is higher than Ⅷ degree, the function of structural column appears. The increase of the number of structural columns can effectively increase the seismic capacity of masonry structure, and the aseismic capability of masonry structure increases with the increase of mortar strength grade.
- Masonry structure /
- ABAQUS /
- Seismic performance /
- Structural columns /
- Mortar strength

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图 1 漩口中学学生宿舍楼

Figure 1. The students' dormitory in Xuankou middle school

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图 2 漩口中学南西栋教师宿舍楼

Figure 2. The southwest building of teachers' dormitory in Xuankou middle school

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图 3 教师宿舍楼(单个单元)平面图

Figure 3. Floor plan of the teachers' dormitory (single unit)

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图 4 砌体受压本构曲线

Figure 4. Compressive constitutive curve of masonry

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图 5 砌体受拉本构曲线

Figure 5. Tensile constitutive curve of masonry

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图 6 漩口中学南西栋教师宿舍楼有限元模型

Figure 6. Finite element model of the southwest building of teachers' dormitory in Xuankou middle school

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图 7 教师宿舍楼有限元模型拉损伤云图

Figure 7. Tensile damage nephogram of finite element model of the teachers' dormitory

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图 8 不同工况下的单元平面布置图

Figure 8. Floor plans of the unit under different working conditions

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图 9 最大层间位移角与地震峰值加速度的关系

Figure 9. Relationship between maximum inter-story displacement angle and peak acceleration

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图 10 模型破坏过程的拉损伤云图

Figure 10. Tensile damage nephogram of model failure process

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图 11 最大层间位移角与地震峰值加速度的关系

Figure 11. Relationship between maximum inter-story displacement angle and peak acceleration

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表 1 教师宿舍楼材料

Table 1. List of construction materials for the building of teachers' dormitory

材料	一层	二层	三层	四层
砖砌体	MU10	MU10	MU10	MU10
混凝土	C20	C20	C20	C20
砂浆	M10	M10	M7.5	M7.5
钢筋	受力纵筋为HPB335，箍筋为HRB235

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表 2 模型单元选取

Table 2. The selection of model unit

单元类型	网格类型	构件
Solid单元	C3D8R	圈梁、柱、构造柱、砌体墙
Shell单元	S4R	楼板、屋盖
Shell单元	SFM3D4	钢筋面层

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表 3 模型接触设置

Table 3. Contact settings in the model

连接类型	连接部位
Tie	楼板、砌体墙与圈梁
Coupling	砌体墙与构造柱
Embedded	钢筋与圈梁、构造柱

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表 4 不同工况下构造柱布置数量

Table 4. Number of structural columns in different working conditions

工况	每层单个单元构造柱布置数量	每层构造柱布置总数量
工况一	21	40
工况二	15	28
工况三	27	50

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表 5 砖砌体结构性能水平与层间位移角对应关系

Table 5. Relationship between performance level of masonry structure and inter-story displacement angle

性能水平	基本完好	中等破坏	严重破坏	倒塌破坏
层间位移角限值	1/2500	1/900	1/250	1/150

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表 6 不同工况下层间位移角折减百分比

Table 6. Reduction percentage of inter-story displacement angle under different working conditions

PGA	工况一	工况二	折减百分比	工况一	工况三	折减百分比	工况二	工况三	折减百分比
0.05g	0.000155	0.000161	-3.7%	0.000155	0.000142	8.4%	0.000161	0.000142	11.8%
0.10g	0.000323	0.000382	-15.4%	0.000323	0.000308	4.6%	0.000382	0.000308	19.4%
0.15g	0.000472	0.000525	-10.1%	0.000472	0.000422	10.6%	0.000525	0.000422	19.6%
0.20g	0.000636	0.000702	-9.4%	0.000636	0.000608	4.4%	0.000702	0.000608	13.4%
0.30g	0.002225	0.002945	-24.4%	0.002225	0.001121	49.6%	0.002945	0.001121	61.9%
0.40g	0.004021	0.004805	-16.3%	0.004021	0.002481	38.3%	0.004805	0.002481	48.4%
0.60g	0.015524	0.018997	-18.3%	0.015524	0.006624	57.3%	0.018997	0.006624	65.1%
0.80g	0.029988	0.031219	-3.9%	0.029988	0.028544	4.8%	0.031219	0.028544	8.6%

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表 7 不同工况砂浆强度等级

Table 7. Strength grade of mortar under different working conditions

工况	砂浆强度等级
工况一	M10
工况四	M5
工况五	M15

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表 8 不同工况下层间位移角折减百分比

Table 8. Reduction percentage of inter-story displacement angle under different working conditions

PGA	工况一	工况四	折减百分比	工况一	工况五	折减百分比	工况四	工况五	折减百分比
0.05g	0.000155	0.000296	-47.6%	0.000155	0.000101	34.8%	0.000296	0.000101	65.9%
0.10g	0.000323	0.000801	-46.3%	0.000323	0.000276	26.9%	0.000801	0.000276	60.7%
0.15g	0.000472	0.000912	-48.2%	0.000472	0.000354	25.0%	0.000912	0.000354	61.2%
0.20g	0.000636	0.001241	-48.8%	0.000636	0.000478	24.8%	0.001241	0.000478	61.5%
0.30g	0.002225	0.004031	-44.8%	0.002225	0.001978	33.6%	0.004031	0.001978	63.3%
0.40g	0.004021	0.007688	-47.7%	0.004021	0.002575	36.0%	0.007688	0.002575	66.5%
0.60g	0.015524	0.029754	-47.8%	0.015524	0.006645	57.2%	0.029754	0.006645	77.7%
0.80g	0.029988	0.045771	-34.5%	0.029988	0.018742	37.5%	0.045771	0.018742	59.1%

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参考文献(11)

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