縱橫墻連接處復雜應力研究

李靖宇，劉 偉，許 鵬

鄭州大學土木工程學院（450000）

縱橫墻連接處復雜應力研究

李靖宇，劉 偉，許 鵬

鄭州大學土木工程學院（450000）

利用ABAQUS,結合等效體積單元技術，建立空間有限元模型，對縱橫墻連接處復雜應力進行深入探討，著重分析縱橫墻連接處的復雜應力，為抗震設計提供參考。

有限元；等效體積單元；縱橫墻；復雜應力；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模大，本文結合等效體積單元RVE（representative volume element）技術,通過均質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,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力應變關系[4]如下:

1.2 單元類型的選取

在本文選取實體單元（C3D8R）,該單元僅在角點處輸出位移、轉動和其它自由度，單元內的任何其它點處的位移是由節點位移插值獲得[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 有限元模擬結果分析

2.1 破壞過程分析

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

2.2 復雜應力分析

縱橫墻連接處632號單元的復雜應力如圖3所示。數據顯示，縱橫墻連接處，處于復雜應力狀態，且剪應力τ13明顯較大。

3 結論

數值模擬顯示，在縱向地震波的作用下，橫墻明顯出現左右搖擺，在縱橫墻連接處存在復雜應力，且剪應力τ13明顯較大。和實際地震破壞對比研究發現，數值模擬的結果和實際的縱橫墻震害破壞較好的吻合。

[1]朱伯芳.有限元法原理與應用（第二版）[M].中國水利水電出版社,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.有限元法再砌體結構分析中的應用[J].沈陽大學學報（自然科學版）,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用[J].工程力學.

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