纵横墙连接处复杂应力研究

李靖宇，刘 伟，许 鹏

郑州大学土木工程学院（450000）

纵横墙连接处复杂应力研究

李靖宇，刘 伟，许 鹏

郑州大学土木工程学院（450000）

利用ABAQUS,结合等效体积单元技术，建立空间有限元模型，对纵横墙连接处复杂应力进行深入探讨，着重分析纵横墙连接处的复杂应力，为抗震设计提供参考。

有限元；等效体积单元；纵横墙；复杂应力；ABAQUS

1 纵横墙模型的建立

基于砌体材料的各向异性[1]，考虑本次有限元模拟规模大，本文结合等效体积单元RVE（representative volume element）技术,通过均质化模型建立纵横墙有限元模型。

1.1 等效体积单元

在1996年，L.Gambarotta提出了等效体积单元RVE的概念[2],本文利用RVE模拟技术,把砌体均值化成一种新的材料[3]，其工作特性和破坏模式和砌体材料相同。在特定条件下砌体等效体积单元的应力应变关系[4]如下:

1.2 单元类型的选取

在本文选取实体单元（C3D8R）,该单元仅在角点处输出位移、转动和其它自由度，单元内的任何其它点处的位移是由节点位移插值获得[5]。

1.3 纵横墙模型的建立

纵横墙有限元模型的几何模型正投影如图1所示，但是该方案的边界条件不易界定,为此将模型调整为二开间的三维模型，其平面图如图2所示。

2 有限元模拟结果分析

2.1 破坏过程分析

在ABAQUS中求解分析步时间为1 s，沿纵墙方向施加地震波，模型破坏全过程研究发现，横墙出现明显的左右摇摆，同时拉动纵墙，在纵横墙连接处形成复杂应力。在inc=200，t=7.4E-4s时，横墙明显左摆；在 inc=500，t=0.19s时，横墙回位，形成横向屈曲变形；在inc=700，t=0.25s时，横墙明显右摆；在inc=2000，t=0.41s时，横墙回至平衡位，随后在最大应力附近来回波动。

2.2 复杂应力分析

纵横墙连接处632号单元的复杂应力如图3所示。数据显示，纵横墙连接处，处于复杂应力状态，且剪应力τ13明显较大。

3 结论

数值模拟显示，在纵向地震波的作用下，横墙明显出现左右摇摆，在纵横墙连接处存在复杂应力，且剪应力τ13明显较大。和实际地震破坏对比研究发现，数值模拟的结果和实际的纵横墙震害破坏较好的吻合。

[1]朱伯芳.有限元法原理与应用（第二版）[M].中国水利水电出版社,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]王茂龙,刘明,朱浮生,李宁.有限元法再砌体结构分析中的应用[J].沈阳大学学报（自然科学版）,2006,22,(1).

[4]刘振宇,叶燎原,潘文,等.效体积单元（RVE）在砌体有限元分析中的应用[J].工程力学.

[5]A美国ABAQUS公司编,庄茁主译.BAQUS有限元软件6.4版入门指南[M].清华大学出版社,2004.