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摘要：砌体结构房屋，数量大，面积分布广，而地震震害调查显示，砌体结构房屋破坏严重，其中纵横墙连接破坏引人注目。本文利用有限元工具ABAQUS,结合等效体积单元模拟技术，建立空间有限元模型，对纵横墙的连接性能进行深入探讨，着重分析地震作用下，墙体破坏的全过程，着重分析纵横墙连接处的复杂应力，着重分析地震作用下纵横墙连接处的位移响应。
关键词：有限元，等效体积单元，地震波，纵横墙，复杂应力，位移响应
1.前言
我国二线、三线城市及广大农村地区，砌体结构总体数量大，面积分布广，但是由于其材料的脆性性质，多层砌体结构的抗剪、抗拉和抗弯的强度较低以及连接能力较差，其抗御地震灾害的能力急待完善。1976年的唐山大地震和2008年的汶川大地震，砌体结构房屋发生了大面积的倒塌和破坏。大量震害调查显示，纵横墙连接破坏常有发生，外墙脱离横墙坠落时有发生。针对这种情况，本文以有有限元 ABAQUS为工具，针对纵横墙连接性能进行深入的探讨。
2.纵横墙模型的建立
2.1单元类型和求解器的选取
在ABAQUS中有丰富的单元可供选择，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獲得[1]。在ABAQUS中其求解器有ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit之分[2]，本模型采用ABAQUS/Explicit作为求解器。
2.2纵横墙有限元模型的建立
纵横墙有限元模型的几何模型正投影如图1所示，借助有限元着重研究纵横墙连接处的连接性能，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，该方案跨度和进深按民用建筑常用模数选取。在水平方向分别施加地震波，地震波如图3和图4所示。纵横墙有限元模型如图5所示。
3.有限元模拟结果分析
3.1破坏过程分析
当沿纵墙方向施加地震波时，在ABAQUS中求解分析步时间为1s，模型破坏过程如图（图6、图7、图8、图9、图10）所示。在整个破坏过程中，模型的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=1400，t=0.35s时，横墙正趋平衡位；在inc=2000，t=0.41s时，横墙回至平衡位，同时模型达到最大应力附近，随后在最大应力附近来回波动。
3.2 复杂应力分析
在地震作用下，在纵横墙连接处，同时受到正应力和剪应力，处于复杂应力状态，其中纵横墙连接处632号单元的复杂应力如图11所示。数据显示，纵横墙连接处，处于复杂应力状态，剪应力τ13明显较大。
3.3 位移响应分析
在纵横墙连接处，选择462号单元，1692和1693是该单元上的两个节点号，在这两个节点上的竖直方向的位移随时间变化的关系如图12所示。数据显示，在0.2s之前，两节点同向协调变形；在0.2s至0.6s间，两节点出现背向变形；在0.6s至0.8s间，两点间的背向变形加剧，如果单元微小，单元上两节点变形加剧，意味着单元撕裂、失效、破坏。
4.结论
本文借助有限元工具ABAQUS,对纵横墙的连接性能进行了深入的研究探讨，着重分析了地震作用下，墙体破坏的全过程，着重分析了纵横墙连接处的复杂应力，着重分析了地震作用下纵横墙连接处的位移响应。
通过研究墙体破坏全过程发现，在纵向地震波的作用下，横墙明显出现左右摇摆。横墙的左右摇摆，在纵横墙连接处形成了复杂应力。通过研究复杂应力发现，纵横墙连接处剪应力τ13明显较大。和实际纵横墙地震破坏对比研究发现，数字模拟的结果和实际的纵横墙震害破坏较好的吻合。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：有限元，等效体积单元，地震波，纵横墙，复杂应力，位移响应
1.前言
我国二线、三线城市及广大农村地区，砌体结构总体数量大，面积分布广，但是由于其材料的脆性性质，多层砌体结构的抗剪、抗拉和抗弯的强度较低以及连接能力较差，其抗御地震灾害的能力急待完善。1976年的唐山大地震和2008年的汶川大地震，砌体结构房屋发生了大面积的倒塌和破坏。大量震害调查显示，纵横墙连接破坏常有发生，外墙脱离横墙坠落时有发生。针对这种情况，本文以有有限元 ABAQUS为工具，针对纵横墙连接性能进行深入的探讨。
2.纵横墙模型的建立
2.1单元类型和求解器的选取
在ABAQUS中有丰富的单元可供选择，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獲得[1]。在ABAQUS中其求解器有ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit之分[2]，本模型采用ABAQUS/Explicit作为求解器。
2.2纵横墙有限元模型的建立
纵横墙有限元模型的几何模型正投影如图1所示，借助有限元着重研究纵横墙连接处的连接性能，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，该方案跨度和进深按民用建筑常用模数选取。在水平方向分别施加地震波，地震波如图3和图4所示。纵横墙有限元模型如图5所示。
3.有限元模拟结果分析
3.1破坏过程分析
当沿纵墙方向施加地震波时，在ABAQUS中求解分析步时间为1s，模型破坏过程如图（图6、图7、图8、图9、图10）所示。在整个破坏过程中，模型的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=1400，t=0.35s时，横墙正趋平衡位；在inc=2000，t=0.41s时，横墙回至平衡位，同时模型达到最大应力附近，随后在最大应力附近来回波动。
3.2 复杂应力分析
在地震作用下，在纵横墙连接处，同时受到正应力和剪应力，处于复杂应力状态，其中纵横墙连接处632号单元的复杂应力如图11所示。数据显示，纵横墙连接处，处于复杂应力状态，剪应力τ13明显较大。
3.3 位移响应分析
在纵横墙连接处，选择462号单元，1692和1693是该单元上的两个节点号，在这两个节点上的竖直方向的位移随时间变化的关系如图12所示。数据显示，在0.2s之前，两节点同向协调变形；在0.2s至0.6s间，两节点出现背向变形；在0.6s至0.8s间，两点间的背向变形加剧，如果单元微小，单元上两节点变形加剧，意味着单元撕裂、失效、破坏。
4.结论
本文借助有限元工具ABAQUS,对纵横墙的连接性能进行了深入的研究探讨，着重分析了地震作用下，墙体破坏的全过程，着重分析了纵横墙连接处的复杂应力，着重分析了地震作用下纵横墙连接处的位移响应。
通过研究墙体破坏全过程发现，在纵向地震波的作用下，横墙明显出现左右摇摆。横墙的左右摇摆，在纵横墙连接处形成了复杂应力。通过研究复杂应力发现，纵横墙连接处剪应力τ13明显较大。和实际纵横墙地震破坏对比研究发现，数字模拟的结果和实际的纵横墙震害破坏较好的吻合。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。