第３９卷第１Ｏ期 ・４６・ ２ ０ １ ３年４月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＩＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．１０ Ａｐｒ． ２０１３ 文章编号：１００９－６８２５（２０１３）１０．００４６．０２ 应用ＡＮＳＹＳ模拟地震作用下加固砌体的力学特性 丁峰 （河北联合大学，河北唐山０６３００９） 摘要：通过对碳纤维复合材料加固砌体结构进行ＡＮＳＹＳ有限元数值模拟，分别建立整体砌体房屋模型和不同的碳纤维加固模 型，并对不同加固方案进行了分析，同时对比研究了各个加固模型的破坏形态、强度、极限位移等，为粘贴碳纤维布加固砖砌体房 屋的抗震性能提供了理论依据。 关键词：砌体，地震作用，ＡＮＳＹＳ 中图分类号：ＴＵ７４６．３ 文献标识码：Ａ １ 概述 由于我国是一个地震频发的多震带国家，所以对于低强砂浆 砌筑的砌体房屋和历史建筑的影响很大。如果地震的震级超过 五级，对上述的建筑就会产生破坏性的作用，这样就会造成巨大 的经济损失。我国经济适用的砌体房屋在民用住宅建筑中约占 ９０％以上，今后的一段时间内，砌体房屋仍然是城乡建设中一种 主要的结构形式。虽然多层砖砌体结构房屋的抗震性能很差，但 是只要通过合理的设计，采用必要的抗震措施，多层砌筑房屋仍 可在地震区使用。 可是通过调查研究发现，在未发生地震的地区，有大量适用 的结构不合理的砖砌筑房屋，如缺少构造柱、圈梁、纵横墙缺少可 靠的搭接等。为了避免在地震中发生震害的情况，需要在结构或 是构造上给这些房屋加固。通常情况下，分析加固效果的手段通 常有三种：第一种实物实地检测，就是在地震区，对所需要的房屋 进行加固等待地震的发生检测效果。但这种方案由于地震没有 规律性，可能周期很长，我们没有这么多的时间去等，而且要是方 案有问题就可能造成人员死伤；第二种，建造实物试验，给它与地 震相同的作用，检测效果，由于方案的多样性和实验结构的离散 性，我们需要建造很多的实物，而且需要提供地震作用的大型设 备，这就需要大量的资金做支持；第三种，数值模拟，运用一些建 模软件，对各种的加固方案进行分析。 经过比较三种方法的可行性和试验结果发现，应用计算软件 进行数值模拟分析，以砖砌筑房屋为研究对象，应用ＡＮＳＹＳ建立 不同方案的碳纤维布加固模型，因为这种方案耗费的时间短，节 省很多的劳动力，可以做各种各样的大量加固方法的研究，而且 它不需要花费很多的资金，更不会出现人员的伤害，所以这一方 案具有可行性，为碳纤维在砌体房屋加固中提供理论支持。 ２碳纤维加固技术 ２．１ 碳纤维布的材料性能 碳纤维材料是建筑结构中应用最广泛的一种结构加固材料， 其质量轻、强度高、施工方便等特点，在工程领域的应用越来越 广。碳纤维的比重非常的轻，通常情况下只有铁的１／１０，而且它 比铝要轻，但是比钢的强度高，强度是铁的１Ｏ倍。碳纤维是一种 用和钻石同等物质制作成的材料，因为碳元素很稳定，所以说碳 纤维在化学组成上也就非常的稳定，抗腐蚀性也是相当的强，另 外它的抗张拉强度非常大。碳纤维的其他特性包括高度的ｘ射 线穿透性，较高的抗腐蚀，抗热和抗低温能力。 ’ 除上述的描述外，碳纤维还有诸多优点，其中包括耐磨性能 收稿日期：２０１３—０１－１ｌ 作者简介：丁峰（１９８４一），男，助理工程师 好，热导性好，尺寸稳定以及屏蔽性，具有较好的减震效果。 ２．２碳纤维布加固的特点 由于碳纤维材料本身所具有的特性，在砌体加固中运用它有 着明显的优点，其中概况起来主要包括以下几方面： １）强度高：鉴于碳纤维材料本身所具有良好的物理特性，可 以极大的提高砌体结构的极限承载力和变形能力，提高结构的整 体性。２）耐腐蚀性能及耐久性：碳纤维对一般的腐蚀环境都具有 相当的耐性，而且又与别的材料都会具有相当好的相容性。除了 强氧化剂外，一般的如３０％的硫酸、碱和浓盐酸对于碳纤维基本 就没有作用，可以说对于这三种物质具有免疫性，所以在加固的 过程中对于加固环境的要求很低。３）自重和自身体积小：碳纤维 的密度很小，在加固后不会对墙体造成额外荷载，它在加固中占 用的体积相对于砌体结构本身可以忽略不计，不占用使用空间。 ４）适用面广：碳纤维材料本身很柔软，可以根据加固使用中的需 要很容易的制作成各种相应的形状，而且对结构的外观不会造成 影响，因此可以广泛的运用在砌体结构的任何部分。５）便于施 工：碳纤维加固的工艺相当的简单，在施工过程中不需要大型的 机械，对于施工面的要求很小，而且施工的过程中不涉及湿操作， 因此运用碳纤维加固的效率很高。 ３未加固砌体房屋的ＡＮＳＹＳ分析 ３．１ 模型概况 在应用ＡＮＳＹＳ模拟软件分析时，需要建立和实际的实验结 构相近的分析模型，在此选３ ｍ×３ ｍ×３ Ｉｎ的整体砖砌体房屋， 墙体的厚度为２００ ｍｍ，墙的四角有构造柱，构造柱横截面尺寸为 ２００ ｍｍ×２００ ｒａｍ，在墙高２．７５ ｍ～２．９ ｍ之间有圈梁，顶板厚度 １００ ｍｍ。在对加固砖砌体房屋力学特性数值模拟中，重点是分析 墙体上的点或区域的力学特性，为了使构造、圈梁和顶板不破坏 或是相对较轻的破坏，构造柱、圈梁和顶板都是使用混凝土且有 相应的配筋。模型中混凝土采用Ｃ３０，构造柱和圈梁配有４根 ＨＲＩＭ００钢筋。构造柱中配筋的间距为１５０ ｍｍ；圈梁配筋高度方 向间距５０ ｉｎｉｎ，水平方向间距为１００ ｍｉｌｌ；顶板的配筋在顶板的中 间部位，钢筋等级为ＨＲＢ３３５，双向配筋，间距为１００ ｍｌｎ。为了减少 加固模型，房屋中墙体完好，没有门洞和窗洞，模型如图１所示。 采用ＡＮＳＹＳ有限元软件建立模型进行分析。砖和混凝土材 料选用Ｓｏｌｉｄ６５单元；钢筋选用Ｌｉｎｋ８单元；碳纤维选用Ｓｈｅｌｌ４１膜 单元，这种单元只能承受拉应力而不能承受压应力。 ３．２裂缝发展分析 在裂缝分析过程中， 轴正负方向的墙体为右墙和左墙，
基于结构设计的lrb基础隔震结构水平向减震系数研究
隔震结构是一种能够减小建筑结构在地震作用下的动力响应的设计方法。随着对地震灾害的深入研究和认识，越来越多的建筑结构开始采用隔震设计。同时，为了进一步提高建筑结构的抗震性能，研究者们也开始关注结构的水平向减震系数。
水平向减震系数是评价隔震结构水平向减震能力的一个重要指标。该系数的数值越大，说明结构的水平向减震能力越强。因此，研究和提高水平向减震系数对于改善隔震结构的抗震性能具有重要意义。
在对隔震结构进行水平向减震系数研究时，一般是通过数值模拟和实验研究两种方法进行。数值模拟方法主要利用计算机软件，通过建立结构的数学模型，模拟地震作用下结构的动力响应，从而评估结构的水平向减震系数。实验研究方法则是通过搭建模型结构，进行震动台试验，测量结构在地震作用下的动力响应，从而得到水平向减震系数的实测数值。
在数值模拟的研究中，一般采用有限元方法来建立结构的数学模型。通过建模和参数调整，可以得到结构的动力响应。然后，通过对比结构在隔震前后的动力响应，计算水平向减震系数。这种方法具有操作方便、成本较低的优点，能够在较短时间内得到减震系数的数值结果。然而，数值模拟方法也存在着模型参数选择和地震波入射方向等因素对结果的影响，因此需要合理地设置模型参数和入射地震波条件，提高模型的准确性。
而实验研究则是通过实际构造模型和震动台试验，测量结构的动力响应，得到水平向减震系数的实测数据。实验方法可以更好地模拟地震作用下结构的真实动力响应，具有结果精度高的优点。然而，实验方法也存在试验成本高和实验条件限制等问题，需要花费较长时间和资金来完成。 综上所述，基于结构设计的lrb基础隔震结构水平向减震系数的研究是一个关键的研究方向。通过数值模拟和实验研究相结合的方法，可以得到准确且可靠的水平向减震系数数据，为隔震结构的设计和抗震性能提供科学依据。同时，还需要与其他抗震措施相结合，综合考虑结构的整体抗震性能，进一步提高建筑结构的抗震能力，确保人们的生命财产安全。
钢筋混凝土框架结构的抗震性能研究
在当今的建筑领域，钢筋混凝土框架结构因其良好的整体性、较大的室内空间以及灵活的布局，被广泛应用于各类建筑中。然而，地震作为一种不可预测且破坏力巨大的自然灾害，对建筑物的安全构成了严重威胁。因此，深入研究钢筋混凝土框架结构的抗震性能具有极其重要的现实意义。
一、钢筋混凝土框架结构的特点及抗震原理
钢筋混凝土框架结构主要由梁、柱组成，通过节点连接形成一个整体的框架体系。这种结构具有较高的承载能力和较好的变形能力。
在抗震方面，其原理主要体现在以下几个方面：首先，框架结构的整体性使得各构件能够协同工作，共同抵抗地震作用。柱子作为主要的竖向承重构件，承担着大部分的竖向荷载，并将其传递至基础；梁则主要承受水平荷载，并通过与柱子的连接将荷载传递给柱子。其次，钢筋和混凝土的协同工作使得结构具有较好的延性，能够在地震作用下发生一定程度的变形而不致突然倒塌。钢筋能够提供抗拉强度，混凝土则提供抗压强度，二者相互配合，有效地抵抗地震力。
二、影响钢筋混凝土框架结构抗震性能的因素
1、 结构布置 合理的结构布置是保证框架结构抗震性能的关键。包括平面布局的规则性、竖向刚度的均匀性等。平面布局不规则，如凹凸不规则、扭转不规则等，会导致地震作用下结构的受力不均匀，从而增加破坏的风险。竖向刚度不均匀，如底层空旷、楼层收进等，会引起地震力在竖向的分布不均匀，导致薄弱层的出现。
2、 梁柱截面尺寸
梁柱的截面尺寸直接影响其承载能力和变形能力。较大的截面尺寸可以提供更高的承载能力，但可能会增加结构的自重，同时也会影响建筑的使用空间。过小的截面尺寸则可能导致承载能力不足和变形过大。
3、 钢筋配置
钢筋的配置包括纵筋和箍筋。纵筋主要承担拉力，其数量和直径的合理配置能够保证柱子和梁在受拉时的承载能力。箍筋则主要用于约束混凝土，提高混凝土的抗压能力，并增强柱子和梁的抗剪能力。
4、 混凝土强度
混凝土的强度等级直接影响结构的承载能力和变形能力。高强度的混凝土能够提供更高的抗压强度，但可能会导致结构的脆性增加，降低延性。
基于FLAC3D数值模拟的固结地基沉降研究
随着人类对土地的开发逐渐增加，建筑物的数量和高度不断提高，对土地的需求也越来越高。但随之而来的是建筑物对地基的压力将会增大，导致地基沉降也会变得更加明显。这种沉降现象如果被忽视，将会导致建筑物的损坏和安全隐患。因此，对于地基沉降问题的研究显得尤为重要。
固结地基沉降是常见的一种沉降形式，它是由于土层中的过度挤压和水分排除所引起的。固结过程会将土颗粒间的距离减小，使土层体积变小，从而导致沉降。而这一过程受到众多因素的影响，如土层的厚度、压缩系数、固结应力等等。因此，研究固结地基沉降的规律是一个复杂的过程。
近年来，数值模拟技术被广泛应用于土力学、岩石力学等领域。其中，基于FLAC3D数值模拟的固结地基沉降研究得到了越来越多的关注。FLAC3D是一种基于有限元原理的三维数值模拟软件，它能够分析固体、结构和土木工程等领域的问题。基于FLAC3D的固结地基沉降研究可以帮助研究人员更好地了解固结过程的特点，并为工程实践提供更加科学的参考。
在FLAC3D数值模拟中，土层的模型被建立起来，模型结构要考虑到土的物理力学特性和地质构造。然后，根据具体的工程情况输入和计算固结配合应力、固结应力以及剪切应力等。最终，FLAC3D将给出土层垂直位移和固结量的计算结果。
除了建立模型和确定参数以外，FLAC3D数值模拟研究中的一个重要问题是选择合适的固结模型。当前常用的固结模型有两种，即本构模型和经验模型。本构模型是将固结体网中相邻两粒颗粒之间的相互作用关系表示为材料内部力学性质的函数。经验模型则是将土层的固结行为归纳为一些经验规律，并通过实测资料进行推算。两种模型各自都有其优缺点，因此在具体应用时需要根据实际情况进行选择。
在实际工程中，固结地基沉降问题往往需要精确的计算结果。因此，FLAC3D数值模拟需要充分考虑各种因素的影响，如土壤类型、地下水位变化、固结深度等。此外，由于FLAC3D模拟的计算量较大，需要进行高效并行计算。最终将FLAC3D的计算结果与实际观测数据进行对比验证，以判断模拟结果的准确度。
