采用简化细观建模技术对填充钢筋混凝土框架中的空心粘土砌块进行建模

《Buildings》：Modelling of Hollow Clay Block in Infilled Reinforced Concrete Frames Using a Simplified Micro-Modelling Technique

　　本研究探讨了两种用于模拟钢筋混凝土（RC）框架中空粘土块砌体填充墙的数值技术：详细的微建模（DMM）方法和一种提出的简化微建模（SMM）方法。简化方法引入了一种新概念，即中空粘土块被等效的实心单元替代，随后再按砂浆灰缝厚度进行扩展。两种策略均采用混凝土损伤塑性模型来表征混凝土、中空粘土块、砂浆及扩展单元的非线性行为，并采用基于表面的内聚力接触结合库仑摩擦来表征接缝。界面参数在单个参考试件上校准一次，随后直接应用于另外两个试件，唯一的例外是第三个试件的摩擦系数未作进一步修改。模型通过与三个空心粘土块填充钢筋混凝土框架的面内试验进行验证：两个由作者测试的2/3比例尺、单榀、单层试件以及文献中报道的全尺寸试件TA2。对于参考填充框架，实验最大侧向抗力为94.17 kN（在1.9%层间位移角时达到），详细模型在4%以内再现（无内聚力时为90.9 kN，有内聚力时为92.5 kN），简化模型则在约7%以内再现；详细模型在1.5%层间位移角下的抗力再现误差在3%以内，而在0.1%至1.0%之间的中间位移角水平下，仅采用摩擦的方案计算抗力与实验值偏差达26%，而包含内聚力的方案偏差达53%。0.05%层间位移角处的初始割线刚度实验值为23.0 kN/mm，两种界面方案分别为19.0 kN/mm和29.8 kN/mm，因此将实测值夹在两者之间；单调包络下至1.0%层间位移角时的吸收能量被高估了18%至32%。对于试件TA2，摩擦系数取0.6时，初始刚度和最大抗力的吻合度最佳。涵盖七种离散化的网格敏感性研究表明，钢筋网格比混凝土网格粗一倍时，最大侧向力变化小于3%，同时计算时间减少35%至57%。简化技术再现了详细技术所得到的破坏机制、侧向抗力和损伤演化，并简化了模型生成过程，将计算时间从446–470分钟减少至80–86分钟，即减少了80%以上。因此，它为大规模中空粘土块砌体填充钢筋混凝土框架的数值分析提供了一种可靠且高效的替代方案。