不同震中距地震作用下砌體結構反應分析

摘 要：我國砌體結構的發展有著悠久的歷史，同時我國也是一個多地震的國家，自上世紀末發生的幾次大地震以后，砌體結構在地震作用下的破壞情況受到了國內外許多學者的關注。在本文選取了一個典型五層混凝土空心砌塊結構，采用非線性時程分析方法，對這個典型砌體結構在不同震中距地震作用下的反應進行分析與比較，并得出相應的結論。

關鍵詞：震中距；砌體結構；非線性時程分析

中圖分類號：TU375 文獻標識碼：A

砌體結構在我國建筑中應用非常廣泛，因此研究砌體結構在近遠場地震作用下的反應，具有很重要的現實意義。近場地震動主要以高能量脈沖運動為特征，這些脈沖表現出大幅值、長周期的特點，使結構產生較大的內力、變形和位移，是造成近場結構破壞的主要原因[1]。遠場地震動同近場地震動的運動特征相似，但是在同設防烈度，同場地，同建筑結構等相同條件下，近場地震對結構的影響遠大于遠場地震。本文將通過一個典型算例進行上述論證。

1 地震作用下砌體結構計算模型與運動方程

多層砌體結構的質量和剛度沿高度分布一般比較均勻，層間變形為剪切變形。數學模型可簡化為具有N個自由度的剪切型串連多自由度體系，建立非線性動力方程。本文對于砌體結構在地震荷載作用下的非線性動力方程[2][3]的求解，采用常剛度迭代法，此法的優點：在求解線性方程組過程中，不需在每一時步上對方程組的系數矩陣組三角分解，且系數矩陣是良態的，計算量減少，精度高。

本文所采用的砌體結構恢復力模型，以開裂、中等破壞、極限、倒塌點為控制點的四折線恢復力模型，其中Fe，Fy，Fu，Fp分別代表開裂荷載、中等破壞荷載、極限荷載和倒塌破壞時的荷載；？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[4][5]確定Fe，Fy，Fu，Fp，？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相應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構的反應比較

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）。結構底層高為4.4m，其余各層層高均為3.3m。屋面及樓面采用混凝土現澆板，縱橫墻承重。結構墻體采用MU10混凝土小型砌塊，砌筑砂漿強度等級1～2層為M7.5，3～5層為M5。樓層設圈梁，截面為190mm×190mm，配筋4？準12，箍筋？準6，間距200mm。在房屋的外墻轉角處，樓梯間四角以及內外墻交接處設置芯柱（均灌實5個孔）。其中芯柱截面面積120mm×120mm，混凝土強度等級C20，插筋？準14。抗震設防烈度為8度。

2.2 結構自振周期與結構各層恢復力參數

結構的第一到第五自振周期分別為0.2680s、0.0980s、0.0626s、0.0484s、0.0408s。

根據文獻及表1確定該結構的Fe，Fy，Fu，Fp，？駐e，？駐y，？駐u，？駐p。表2為該結構各層恢復力模型中的參數。

2.3 不同震中距下結構的反應

本文選取60條強震記錄[6]，根據震中距的不同，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給出了結構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

本章采用非線性時程分析方法，對一棟五層空心砌塊結構在不同震中距的反應作了分析與比較。

結合得出的數據可以得到以下結論：

（1）結構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，得出近場地震動作用下結構的響應大于遠場地震動動作用下的響應。

（2）不同震中距對砌體結構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構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構在近場地震動作用下的反應，以便得到更加可靠、準確的結論。

參考文獻

[1]易偉建，張冰.近場地震動作用下框架結構的損傷機理[J].自然災害學報.2007，16（2）：112～115.

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

[3]王光遠.建筑結構的振動[M].北京：科學出版社，1978.90～121.

[4]中華人民共和國國家標準，GBJ50011-2001，建筑抗震設計規范，北京：中國建筑工業出版社，2001.

[5]熊立紅.多層混凝土砌塊結構性態抗震研究：[國家地震局工程力學所博士學位論文D].哈爾濱；國家地震局工程力學所，2004.

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