不同震中距地震作用下砌體結(jié)構(gòu)反應(yīng)分析

摘 要：我國砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展有著悠久的歷史，同時(shí)我國也是一個(gè)多地震的國家，自上世紀(jì)末發(fā)生的幾次大地震以后，砌體結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞情況受到了國內(nèi)外許多學(xué)者的關(guān)注。在本文選取了一個(gè)典型五層混凝土空心砌塊結(jié)構(gòu)，采用非線性時(shí)程分析方法，對這個(gè)典型砌體結(jié)構(gòu)在不同震中距地震作用下的反應(yīng)進(jìn)行分析與比較，并得出相應(yīng)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：震中距；砌體結(jié)構(gòu)；非線性時(shí)程分析

中圖分類號(hào)：TU375 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

砌體結(jié)構(gòu)在我國建筑中應(yīng)用非常廣泛，因此研究砌體結(jié)構(gòu)在近遠(yuǎn)場地震作用下的反應(yīng)，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。近場地震動(dòng)主要以高能量脈沖運(yùn)動(dòng)為特征，這些脈沖表現(xiàn)出大幅值、長周期的特點(diǎn)，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的內(nèi)力、變形和位移，是造成近場結(jié)構(gòu)破壞的主要原因[1]。遠(yuǎn)場地震動(dòng)同近場地震動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特征相似，但是在同設(shè)防烈度，同場地，同建筑結(jié)構(gòu)等相同條件下，近場地震對結(jié)構(gòu)的影響遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)場地震。本文將通過一個(gè)典型算例進(jìn)行上述論證。

1 地震作用下砌體結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與運(yùn)動(dòng)方程

多層砌體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度沿高度分布一般比較均勻，層間變形為剪切變形。數(shù)學(xué)模型可簡化為具有N個(gè)自由度的剪切型串連多自由度體系，建立非線性動(dòng)力方程。本文對于砌體結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的非線性動(dòng)力方程[2][3]的求解，采用常剛度迭代法，此法的優(yōu)點(diǎn)：在求解線性方程組過程中，不需在每一時(shí)步上對方程組的系數(shù)矩陣組三角分解，且系數(shù)矩陣是良態(tài)的，計(jì)算量減少，精度高。

本文所采用的砌體結(jié)構(gòu)恢復(fù)力模型，以開裂、中等破壞、極限、倒塌點(diǎn)為控制點(diǎn)的四折線恢復(fù)力模型，其中Fe，F(xiàn)y，F(xiàn)u，F(xiàn)p分別代表開裂荷載、中等破壞荷載、極限荷載和倒塌破壞時(shí)的荷載；？駐e，？駐y，？駐u，？駐p分別代表開裂位移、中等破壞位移、極限位移和倒塌破壞位移。通過文獻(xiàn)[4][5]確定Fe，F(xiàn)y，F(xiàn)u，F(xiàn)p，？駐e，？駐y，？駐u，？駐p。表1給出了砌體房屋確定各荷載控制點(diǎn)相應(yīng)的位移值的砌體房屋層間剪切角。

表1 配筋砌體房屋層間剪切角

注：？駐=？酌.h，

h-層間高度，

？酌e、？酌y、？酌u、？酌p為開裂、中等破壞、極限、和倒塌層間剪切角。

2 不同震中距下作用下某五層混凝土空心砌塊結(jié)構(gòu)的反應(yīng)比較

2.1 算例簡介

某典型五層混凝土小型空心砌塊辦公樓（平面圖如圖1）。結(jié)構(gòu)底層高為4.4m，其余各層層高均為3.3m。屋面及樓面采用混凝土現(xiàn)澆板，縱橫墻承重。結(jié)構(gòu)墻體采用MU10混凝土小型砌塊，砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)1～2層為M7.5，3～5層為M5。樓層設(shè)圈梁，截面為190mm×190mm，配筋4？準(zhǔn)12，箍筋？準(zhǔn)6，間距200mm。在房屋的外墻轉(zhuǎn)角處，樓梯間四角以及內(nèi)外墻交接處設(shè)置芯柱（均灌實(shí)5個(gè)孔）。其中芯柱截面面積120mm×120mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，插筋？準(zhǔn)14。抗震設(shè)防烈度為8度。

2.2 結(jié)構(gòu)自振周期與結(jié)構(gòu)各層恢復(fù)力參數(shù)

結(jié)構(gòu)的第一到第五自振周期分別為0.2680s、0.0980s、0.0626s、0.0484s、0.0408s。

根據(jù)文獻(xiàn)及表1確定該結(jié)構(gòu)的Fe，F(xiàn)y，F(xiàn)u，F(xiàn)p，？駐e，？駐y，？駐u，？駐p。表2為該結(jié)構(gòu)各層恢復(fù)力模型中的參數(shù)。

2.3 不同震中距下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)

本文選取60條強(qiáng)震記錄[6]，根據(jù)震中距的不同，將所選地震記錄分成4組：第一組，震中距<10KM；第二組，10KM<震中距<20KM；第三組，20km<震中距<30KM；第四組，震中距>30KM。圖2至圖4給出了結(jié)構(gòu)在這四組地震記錄下的最大加速度、最大層間位移角、最大層間剪力的平均值。

3 本章小結(jié)

本章采用非線性時(shí)程分析方法，對一棟五層空心砌塊結(jié)構(gòu)在不同震中距的反應(yīng)作了分析與比較。

結(jié)合得出的數(shù)據(jù)可以得到以下結(jié)論：

（1）結(jié)構(gòu)在不同震中距地震作用下，各層最大加速度平均值，層間最大剪力平均值，層間最大位移角平均值的比較，得出近場地震動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)大于遠(yuǎn)場地震動(dòng)動(dòng)作用下的響應(yīng)。

（2）不同震中距對砌體結(jié)構(gòu)的最大層間位移角的影響較最大加速度和最大層間剪力的影響更加明顯。

（3）本文研究了一棟砌體結(jié)構(gòu)在不同震中距作用下的抗震性能，需要研究分析更多砌體結(jié)構(gòu)在近場地震動(dòng)作用下的反應(yīng)，以便得到更加可靠、準(zhǔn)確的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)

[1]易偉建，張冰.近場地震動(dòng)作用下框架結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)理[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào).2007，16（2）：112～115.

[2]胡聿賢.地震工程學(xué)[M].北京：地震出版社，1988.129～200.

[3]王光遠(yuǎn).建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)[M].北京：科學(xué)出版社，1978.90～121.

[4]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，GBJ50011-2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[5]熊立紅.多層混凝土砌塊結(jié)構(gòu)性態(tài)抗震研究：[國家地震局工程力學(xué)所博士學(xué)位論文D].哈爾濱；國家地震局工程力學(xué)所，2004.

[6]美國太平洋地震中心.http：//peer.berkeley.edu/smcat/search.html， 2000-01-01.