[摘要] 第 1 章 绪论1 1 引言1 1 1 研究背景近年来，世界范围之内地
第 1 章 绪论
1.1 引言
1.1.1 研究背景
近年来，世界范围之内地震频发，地震产生的伤亡越来越大，怎样减少地震造成的损失越来越受到人们的重视。国内近几年影响比较大的地震就有 2008 年汶川地震、2009 年玉树地震、2011年云南地震以及 2014 年松原地震等多起。地震造成的灾难是多方面的，包括自然和社会等多方面。在人员伤亡中学校、商场等公共场所占很大一部分。公共场所的主要伤亡原因是没有及时疏散，包括疏散过程中人员的拥挤和疏散通道被堵塞或是破坏。疏散通道包括竖向和水平两部分，竖向疏散通道安全就是要求楼梯在地震作用时能保持良好的安全性，水平向疏散通道安全就是要求走廊两侧的墙体不发生倒塌，既不能有掉落的砌块伤人又不能堵塞通道。地震是一种经常发生的自然现象，也是一种突发的灾害，并由于其产生原因多样、位置未知等多种影响因素而不能被人们准确地提前预知，这使得人们对地震的预防非常困难，就要求人们尽可能地重视抗震设计，从抗震措施上减少地震的伤亡。公共建筑是人员比较集中的场所，能保证公共建筑疏散通道的安全势必会大大减少地震的伤亡。疏散通道作为人们逃生的道路越来越需要受到人们的重视。
震害调查表明，公共建筑疏散通道的抗震技术还没有引起人们的足够重视，我国的抗震设计还主要是集中在建筑物的本身。因此对疏散通道抗震技术的研究是非常迫切的，是人命关天的大事。填充墙作为框架结构的重要组成部分在地震的作用下破坏是非常严重的，不能达到设计时对非结构构件的要求。本课题的目的就是研究框架填充墙抗平面外倒塌的技术，提出可行的框架结构填充墙抗平面外倒塌的技术。
框架结构填充墙抗平面外倒塌技术研究对保障人民生命财产安全、减少地震造成的损失具有重要意义。
1.1.2 填充墙震害破坏调查
框架结构由于其空间布置灵活、施工方便等原因被广泛使用。填充墙是框架结构的分割构件，框架结构中必然存在填充墙。在进行结构设计的时候，填充墙被视为非结构构件，只通过采取折减自振周期的方法来考虑填充墙对框架结构的影响。但是，在实际施工过程中为保证填充墙的稳定会采取一系列的构造措施，这些措施会使框架与填充墙形成一个复杂的整体，在地震力作用下框架与填充墙会出现一系列的复杂破坏状态，填充墙作为非结构构件可能比框架结构本身受到的破坏更加严重。
1.2 框架结构填充墙平面外受力性能的国内外现状
1.2.1 目前填充墙砌筑的施工工艺
根据目前的施工工艺来看，填充墙与框架之间的连接方式主要有刚性连接和柔性连接两种。所谓刚性连接就是采用顶部用砖块斜砌顶紧的砌筑方式，这样可以使填充墙与框架接触较紧密，也因此在地震作用下与框架一起成为了框架结构抗震的第一道防线，可以提高框架结构的安全储备，本身破坏却较严重。柔性连接是在填充墙与框架之间留有一定的空隙，使墙体与框架脱开，这样在设计时不考虑填充墙对结构刚度及周期的影响，地震作用时墙体不与框架一起抵抗地震力，但其抗倒塌能力较弱。
与现行规范相适应的 12G614-1《砌体填充墙结构构造标准图集》采用了框架柱与填充墙脱开或柔性连接的连接方法。现行规范要求填充墙每隔 500~600mm设 2A6mm 的拉结筋，6 度、7 度时宜全墙贯通，8 度时应全长贯通。填充墙高度大于 5m 或墙长大于 2 倍层高时墙体中部应设置构造柱。在楼梯间与人流通道处采用钢丝网砂浆面层加强。
但走访施工现场，大部分的填充墙还是采用的顶部斜砌顶紧的砌筑方式。填充墙砌至接近梁、板底时，留一定空隙，待砌体变形稳定后并应至少间隔 7d 后，再将其补砌挤紧。发生这种现象的原因之一也是规范没有给出具体的砌筑方式和方法，因此探寻可行的方法，规范砌筑方式也是迫在眉睫的。
第 2 章 填充墙的非线性分析及有限元模型
2.1 填充墙分析模型简介
用软件对结构或是材料进行非线性分析的时候，首要工作是建立模型，模型的准确性是分析准确性的基础只有相对准确地选择模型建立的方法才能有效地进行数值分析，分析结果才有参考价值。填充墙是由砌块与砂浆砌筑而成的，填充墙建模的时候选择砌体结构模型。现阶段砌体结构的数值分析模型主要采用整体式和分离式两类，其中整体式建模也称为宏观模型，分离式建模称为微观模型。
宏观模型是视砌块与砂浆为相同的材料，不考虑它们的性能区别及其相互作用。在建立宏观模型的时候把要分析的构件作为匀质构件，砂浆散布于整个构件，并将单元看作是连续均匀的。用这种建模的方法进行分析时不需考虑墙体的几何参数信息，只采用非线性弹簧或塑性铰单元来模拟墙体的力学性能，模型分析采用砌体的名义应力应变关系建立的本构方程。墙体材料的属性参数取自多次力学性能试验所得到的数据，也就是设计规范所采用的指标。宏观模型需要体现砌块沿主轴方向的抗拉和抗压强度还有砌块的非线性性能，除此之外，砌块在不同应力状态时的力学性能也是模型需要体现的内容。近年来，匀质化的建模方法作为整体式建模方法之一得到了广泛的应用比如重庆大学的王达诠曾经用匀质化的建模方法来分析砌体结构的非线性性能。
分离式模型是将砂浆与砌块设置不同的属性，作为性能不同的单元进行考虑的，这样能更加真实地反映墙体的性能，除此外还需建立块体和砂浆交界处的滑移破坏方程模拟块体和砂浆的相互作用。分离式模型更注重裂缝等局部破坏现象的产生和发展，如图 2-1 所示的情况。
2.ABAQUS 软件的简介
ABAQUS 是一套基于有限元法的工程分析软件，它既可以完成简单的有限元分析，也可以用来模拟非常庞大复杂的模型，解决工程实际中大中型结构的非线性问题。ABAQUS 是由世界知名的有限元分析软件公司 ABAQUS 公司于 1978年推出的。ABAQUS 可以完成多种类型的分析，如静态分析、动态分析、非线性分析、热传导分析、流体运动分析、流固耦合分析、多场耦合分析、疲劳分析、海洋工程结构分析、冲击动力学分析、设计灵敏度分析等。
ABAQUS 由多个模块组成，包括前处理模块（ABAQUS/CAE）、主求解器模 块 （ ABAQUS/Standard 、 ABAQUS/Explicit 、 ABAQUS/CFD ） ， 以 及ABAQUS/Aqua、ABAQUS/Design、MOLDFLOW 等接口专用模块。ABAQUS/CAE是 ABAQUS 的交互式图形环境，可以方便地构建模型、提交作业和显示分析结果。ABAQUS/Standard 是一个通用的分析模块，它使用的是隐式算法，能够求解广泛领域的非线性和线性问题。
第 3 章 试验设计及试件制作.................27
3.1 试验方案..................27
3.1.1 研究的内容及目的...............27
3.1.2 试件设计.......................28
第 4 章 试验结果及分析....................37
4.1 试验结果.......................37
第 5 章 框架填充墙的设计及施工..............49
5.1 填充墙结构设计......................49
第 5 章 框架填充墙的设计及施工
5.1 填充墙结构设计
现阶段我国针对框架填充墙没有具体的设计方法，填充墙只是作为框架的非结构构件简化成框架的线荷载。只在《建筑抗震设计规范》中规定了填充墙的材料选择和结构布置等原则，并建议采用墙与柱脱开或柔性连接，但并没有具体的设计方法与构造措施。
在经历过几次破坏性较大的地震后，越来越多的研究人员开始关注填充墙的平面外稳定问题，填充墙也需要进行必要的结构设计，来满足其稳定性。框架结构设计的时候需要考虑填充墙的影响，同时填充墙本身的稳定性也考虑。
我们说填充墙属于非结构构件，就是说在框架结构中填充墙不需要承受上部传来的荷载，只需考虑自身的重力，这就是要求我们把每片填充墙作为单独的构件进行设计，对其受到的力进行分析。因规范建议填充墙与柱脱开或是柔性连接，所以设计的重点是墙体与框架的连接构造。
影响填充墙的平面外稳定性的因素主要有墙的高厚比、长宽比、与框架的连接方式、墙体本身强度等因素。本章是在理论分析的基础上对框架填充墙的设计进行研究。首先探讨一下墙体在地震作用下的受力情况，进行抗震设计。
第 6 章 结论与展望
6.1 结论
本论文主要研究目的是研究填充墙抗平面外倒塌的技术。通过理论分析与试验研究总结出该技术指标主要包括填充墙拉结筋设置方式、角钢尺寸选择和作为连接件的膨胀螺栓的数量这三方面。
（1）拉结筋设置方式：拉结筋通长时可以有效提高墙体的整体性，建议设防烈度较低的地区填充墙至少设置 2A6 通长拉结筋，位置在墙体顶部 1~2 皮砖的位置。
（2）角钢尺寸：角钢尺寸太大会造成材料的浪费，尺寸太小又起不到预设的作用，建议选用市面上最常见的等边角钢，角钢尺寸为 63×5mm。
（3）膨胀螺栓数量：每块角钢的长度与所用砌块尺寸相似，2 个螺栓的设计强度即可以满足抗剪要求又能使角钢稳定。
本文通过有限元模拟与试验研究得到的结论主要有：
（1）当填充墙采用顶端斜砌挤紧的刚性连接方式与框架结构连接的时候，水平作用下填充墙本身受到的应力较大填充墙对框架刚度影响较大，在 30%~50%之间，而且对刚度的影响随砌块强度的增大而增大；
（2）填充墙顶端用砖顶紧的试件在加载的过程中墙体出现大量竖向裂缝，主要原因是填充墙与框架紧密接触，框架的变形使墙体承受竖向荷载而开裂；
（3）填充墙与框架柔性连接时能防止框架结构刚度过大，减小地震反应。在进行框架结构设计的时候可以提高结构周期折减系数，使设计更加经济合理；
（4）当填充墙采用完全柔性连接（墙体与框架脱开、使用拉结筋连接）时，框架刚度较小，填充墙的应力较小，但框架对墙体的约束作用太小，地震作用时墙体的抗倒塌能力太低；
参考文献（略）
