当前世界环境

简介

世界上大多数城市都面临着地震等自然灾害。它通常是通过在私密性方面的过失和疏忽而对规范和标准的建设加以强化。伊朗位于阿尔卑斯山和喜马拉雅有机带，这是世界上最年轻的有机带之一，这使得伊朗高原在地震活动方面非常活跃[Yazdanbakhsh, 2004]。根据现有数据，伊朗每10年发生2 - 3次大于7级的地震，12 - 25次大于6级的地震，160 - 200次大于5级的地震，1200 - 1500次大于4级的地震[Mahdavifaret al。, 2010]。

大城市中大约70%的建筑，小城镇中大约90%的建筑是砖石结构[Eshghi]et al。, 2003]。例如，在巴姆市，90%以上的建筑是砖和砖石结构，约占砖石结构数量的40% [Eshghi]et al。, 2003]。据报道，所有砖石建筑都在巴姆地震中损坏了20 - 100% [Eshghi]et al。, 2003]。研究表明，由于不遵守规章制度2800的规定，造成砌体结构的大部分损坏，如面积比墙体面积，墙体长度的开口比，导致的空间限制，墙体长度比建筑面积等[Yazdanbakhsh, 2004年和Eshghiet al。, 2003]。建筑抗震设计方法和技术的实施，近年来取得了重大进展。其中一种方法是隔震结构，考虑到世界上的历史和经验，在许多情况下都表现出了良好的抗地震风险性能，因此，工程师和建筑商的兴趣所在。在我国一方面考虑到日益增长的发展和日益增长的建筑趋势，另一方面考虑到高地震活动性和相当大的破坏，这一问题与该技术的应用有关[出版物第523号]。一般来说，隔震器可分为橡胶隔震器和摩擦隔震器两种类型。的分离化合物也可用于[出版物No.523和524]。

在本研究中使用的摩擦隔震器允许上层甲板在相对较大的地震时在隔震器上翻滚。一旦超过隔震层的剪切强度，隔震层受到的摩擦力就会使结构开始滑移，从而防止向结构发送较大的地震力。在此期间，隔震器产生的摩擦力与地震的驱动力发生作用，动能被摊销。

在干滑动摩擦中，如果物体质量为M，初速度为V0，落在水平面上，最终会停止。这意味着物体在运动过程中有一个平均加速度，这是在相反的方向上。一般来说，摩擦是固体之间的接触相互作用[韩礼德]et al。, 2004]。摩擦系数以许多变量为依据，包括:材料、油层、表面、温度和杂质等et al。, 2004]。

均质砌体墙体建模

我们知道，大多数砖石建筑的分析都是基于有限元方法，尽管有足够的精度和可接受的，但由于耗时和需要大量的存储空间，现有的实际结构几乎是不可能的。这就是为什么在过去的二十年里，在对这些建筑的分析中，人们付出了巨大的努力来克服这个问题[Shayanfaret al .,2010]。至少提出了四种方法。在第一种方法中不做任何结构模型，类似于第三季度的2800代码。第二种方法仅仅是构件构件的恒载，如:墙和天花板。在第三种方法中，具有均匀和各向同性元素的砌体构件是理想的。在砌体规范中，也只引入了一种弹性模量，即砌体单元的竖向抗压强度。结果表明，当水泥成块的弹性模量较小时，成块尺寸与砂浆厚度之差较大时，假定各向同性行为对于均质单元假定不太准确。为了解决第四种方法中的问题，提供了正交各向异性和齐次元素[Salehiet al。, 2011]。

图1:砌体单元均质模型[Salehiet al。, 2011) 点击此处查看图

上图2a和2b中砌块的水平和垂直尺寸分别为2tv，水平和垂直砂浆厚度分别为2tf。

Abaqus建模软件描述

用数值软件对砌体墙体进行建模具有一定的复杂性。砌体墙体是由砂浆和砖两种材料组成，其中根据砂浆和砖的非线性行为很难预测构件的异质性[穆萨维]等, 2012)。建筑材料在轴的拉伸和压缩两种模式下的行为以以下形式规定[Lourenco 1996]。

图2(a):砌体材料的轴向拉伸性能[Lourenco 1996] 点击此处查看图

图2(b):砌体材料的轴向压力特性[Lourenco 1996] 点击此处查看图

不幸的是，该软件没有定义砌体材料的选项，但有一个选项来定义混凝土的属性，这是能够建模的砌体结构。墙体材料的定义采用了混凝土损伤塑料的选项。这种方法，是一种连续损伤模型，适用于混凝土等脆性材料在冲击均匀和回加载作用下，根据墙体类型和加载条件在本研究中是一种很好的选择[Abaqus Analysis]。对于在软件中引入应力和应变，您可以使用abaqus软件中能够建模的模型，并获得可接受的结果。在本研究中，对于砌体墙体压力的行为(Kent and Park)采用了[Kent]et al。, 1971]。

图3:Kent曲线和Park曲线，用于约束混凝土和非约束混凝土[Kentet al。, 1971) 点击此处查看图

图4:拉伸硬化模型Nayal and Resheed (2006) 点击此处查看图

对于砌体材料和混凝土的拉伸性能，采用(Rasheed和Nayal)模型。此行为定义在图4中。

宏观砌体墙体建模验证

对于实验室研究的砖石墙的验证和建模，Pablo先生等人(2008年)使用了[Santa Mariet al。, 2008]。

在本研究中，六堵砖石墙由两根混凝土梁组成，上面的尺寸为330 x 400 mm和150 x 200 mm，下面的尺寸为300 x 400 mm和150 x 200 mm，为了将荷载传递到基础上，根据图进行了制作。水平加载由每个位移两个循环组成，从0.2毫米到24毫米继续。位移量的条件是，在试样破坏之前，24毫米没有出现。法向力为98千牛。楼层的墙壁相互连接，顶部具有旋转自由[Santa Mariet al。, 2008]。

表1:均质墙体的材料特性[Santa Mariet al。, 2008)

图5(a):数值宏壁模式保留对角线 点击此处查看图

图5(b):模态留对角线为壁实验[Santa Mari .et al。, 2008年 点击此处查看图

在软件完成墙体分析后，将实验模型和数值模型的力-位移曲线进行比较。下图说明了两个实验墙和数值墙的行为具有可接受的一致性。

图6:力-位移曲线实验模型与数值模型的对比 点击此处查看图

主要结构建模

在本节中，我们模拟了几个尺寸为340 * 340 * 260 cm的单层结构，水平和垂直的基础梁尺寸为20 × 20 cm，纵向和横向杆直径为10毫米和6毫米，开口为最大尺寸和马蹄形混凝土口，符合法规2800[2005年2800标准]。此外，还考虑了20厘米厚的混凝土屋顶，并将其放在墙体的水平基础梁上。这些结构采用固定基础、隔震、开口尺寸和地震记录等变量进行建模。调查分析方法为动态非线性时程，应用那坎地震记录在两个水平方向上均有显著性。

为了隔离结构的基础，在主基础下使用另一个基础，基础之间的摩擦系数(摩擦-纯)基于近似和经验值，混凝土和混凝土之间的摩擦系数被认为达0.2。我们在软件中以接触式面对面建模的形式来表示该系数。

根据弹匣360，死载荷和活载荷等于和。并根据吊顶吨位的高低，得出现有架空及对混凝土顶板性能的应用[第360号出版物]。

根据下表选择和应用材料的特性摘自Tasnimi先生的报告[Tasnimi, 2004]。

表2:材料性质

图7(a):原结构模型 点击此处查看图

图7(b):隔震结构模型 点击此处查看图

如图7 (b)所示，由于地基结构分离，加上地震记录，结构发生横向运动，我们增大下垫基础尺寸，避免下垫基础上的结构倒塌。值得注意的是，使用诸如使用复合隔离系统或放置具有恢复力的装置等想法可以克服这类系统的缺点。

隔震结构与固定基础结构的比较

图8(a):纳坎地震记录下X方向加速度响应对比 点击此处查看图

图8(b):纳坎Z向地震记录下加速度响应对比 点击此处查看图

图9(a):纳坎地震记录下X方向基底剪力对比 点击此处查看图

图9(b):纳坎地震记录下X方向基底剪力对比 点击此处查看图

图10(a):纳坎地震记录下X方向漂移对比 点击此处查看图

图10(b):纳坎地震记录下Z向漂移对比 点击此处查看图

图11(a):固定结构的最大塑性应变 点击此处查看图

图11(b):隔震结构的最大塑性应变 点击此处查看图

从图8的图中可以看出，通过滑动层对基础结构进行分离后，固定体系的加速度响应发生了明显的减小，这种减小对结构损伤和非结构损伤的影响是可以接受的。

图9显示了隔震体系的最大基底剪力较固定基底体系下降(约85%)，这增加了隔震结构到固定结构的周期，这也是砌体结构设计中的一个重要因素。

在图10的图表中，对结构的顶部和底部之间的相对位移进行比较。可以看出，在提出的体系中，结构的相对位移减小了50%，使现有砌体结构的位移具有最低的地震相对位移。结构漂移的减小可以对结构和非结构的轻微损伤产生非常显著的影响。

图11显示了固定结构和隔离结构的最大塑性应变(损伤)为。由图11 (a)可知，在纳坎地震中，结构的破坏程度显著降低了隔震结构的破坏程度。

“研究提高开放水平的可能性。

然后针对滑动层隔震结构的开口尺寸是否能够达到规范2800中规定的标准的问题，对开口(窗)增加约35%的隔震结构进行了重新建模并进行了分析。下图为滑动层且窗口大于标准模态时隔震结构的最大塑性应变。

图12:大窗口隔震结构的最大塑性应变 点击此处查看图

为了评估一个恒定单元(如图12所示)在三种模型(固定基础结构、隔震基础与标准窗结构和隔震基础与比标准模式大窗结构)中的任意一种模型中，并根据下图比较三种模型中所支付的最大塑性应变。

图13(a):固定基础结构中标准窗单元角的最大塑性应变 点击此处查看图

图13(b):隔震基础结构中标准窗单元角的最大塑性应变 点击此处查看图

图13(c)为隔震基础结构中大于标准窗单元角的最大塑性应变 点击此处查看图

从图13可以看出，滑动层将基础结构分离后，窗角单元的最大塑性应变显著降低。在窗口大于标准尺寸的情况下这个量大约是标准模式下的2倍。但在固定体系中，其对应的量仍有很大的差距。根据这一点的结果，我们认识到，使用所提出的分离系统可以在不显著改变结构损伤的情况下显著增加开口尺寸。

结论

隔震层在水平基础上的滑动对结构的动力性能有相当大的影响，使具有滑动层的隔震结构对具有类似规格和材料且基础固定的结构具有较强的抗震能力。也减少了对结构的破坏。

使用隔震层滑动减少85%的砌体结构最大基础剪切量。

采用该体系可以减小结构在地震作用下的加速度响应。

隔震层滑动效应将显著降低相对位移。

隔离层滑动大大减少了开口角的损坏。

当开口尺寸增大30%时，开口角单元的塑性应变增大8%。因此，与固定结构相比，由滑动层隔开的砌体结构中开口的大小被认为限制较小。

参考文献

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