李靖宇，劉 偉，許 鵬

鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院（450000）

縱橫墻連接處復(fù)雜應(yīng)力研究

李靖宇，劉 偉，許 鵬

鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院（450000）

利用ABAQUS,結(jié)合等效體積單元技術(shù)，建立空間有限元模型，對(duì)縱橫墻連接處復(fù)雜應(yīng)力進(jìn)行深入探討，著重分析縱橫墻連接處的復(fù)雜應(yīng)力，為抗震設(shè)計(jì)提供參考。

有限元；等效體積單元；縱橫墻；復(fù)雜應(yīng)力；ABAQUS

1 縱橫墻模型的建立

基于砌體材料的各向異性[1]，考慮本次有限元模擬規(guī)模大，本文結(jié)合等效體積單元RVE（representative volume element）技術(shù),通過(guò)均質(zhì)化模型建立縱橫墻有限元模型。

1.1 等效體積單元

在1996年，L.Gambarotta提出了等效體積單元RVE的概念[2],本文利用RVE模擬技術(shù),把砌體均值化成一種新的材料[3]，其工作特性和破壞模式和砌體材料相同。在特定條件下砌體等效體積單元的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系[4]如下:

1.2 單元類型的選取

在本文選取實(shí)體單元（C3D8R）,該單元僅在角點(diǎn)處輸出位移、轉(zhuǎn)動(dòng)和其它自由度，單元內(nèi)的任何其它點(diǎn)處的位移是由節(jié)點(diǎn)位移插值獲得[5]。

1.3 縱橫墻模型的建立

縱橫墻有限元模型的幾何模型正投影如圖1所示，但是該方案的邊界條件不易界定,為此將模型調(diào)整為二開間的三維模型，其平面圖如圖2所示。

2 有限元模擬結(jié)果分析

2.1 破壞過(guò)程分析

在ABAQUS中求解分析步時(shí)間為1 s，沿縱墻方向施加地震波，模型破壞全過(guò)程研究發(fā)現(xiàn)，橫墻出現(xiàn)明顯的左右搖擺，同時(shí)拉動(dòng)縱墻，在縱橫墻連接處形成復(fù)雜應(yīng)力。在inc=200，t=7.4E-4s時(shí)，橫墻明顯左擺；在 inc=500，t=0.19s時(shí)，橫墻回位，形成橫向屈曲變形；在inc=700，t=0.25s時(shí)，橫墻明顯右擺；在inc=2000，t=0.41s時(shí)，橫墻回至平衡位，隨后在最大應(yīng)力附近來(lái)回波動(dòng)。

2.2 復(fù)雜應(yīng)力分析

縱橫墻連接處632號(hào)單元的復(fù)雜應(yīng)力如圖3所示。數(shù)據(jù)顯示，縱橫墻連接處，處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，且剪應(yīng)力τ13明顯較大。

3 結(jié)論

數(shù)值模擬顯示，在縱向地震波的作用下，橫墻明顯出現(xiàn)左右搖擺，在縱橫墻連接處存在復(fù)雜應(yīng)力，且剪應(yīng)力τ13明顯較大。和實(shí)際地震破壞對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)值模擬的結(jié)果和實(shí)際的縱橫墻震害破壞較好的吻合。

[1]朱伯芳.有限元法原理與應(yīng)用（第二版）[M].中國(guó)水利水電出版社,1998.

[2]《Damage models for the seismic response of brick masonry shear walls》L.Gambarota,S Lagomarsino.Part 1:the mortar joint model and its applications[J],Earthquake Engineering And Structural dynamics,1997.

[3]王茂龍,劉明,朱浮生,李寧.有限元法再砌體結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[J].沈陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2006,22,(1).

[4]劉振宇,葉燎原,潘文,等.效體積單元（RVE）在砌體有限元分析中的應(yīng)用[J].工程力學(xué).

[5]A美國(guó)ABAQUS公司編,莊茁主譯.BAQUS有限元軟件6.4版入門指南[M].清華大學(xué)出版社,2004.