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基于数值模拟探究装配式AAC砌体填充墙平面外抗震性能的优化策略

一、引言

1.1研究背景与意义

随着现代建筑行业的快速发展，装配式建筑因其显著的优势逐渐成为建筑领域的研究热点与发展趋势。与传统现浇建筑相比，装配式建筑在工厂完成建筑构件的预制，然后运输至施工现场进行组装。这一建造方式大幅缩短了施工周期，有效提高了施工效率，减少了现场湿作业，降低了建筑垃圾的产生量，符合绿色建筑与可持续发展的理念。同时，由于构件在工厂标准化生产，质量更易得到严格把控，从而提升了建筑的整体质量和性能。

蒸压加气混凝土（AutoclavedAeratedConcrete，简称AAC）砌体填充墙，作为装配式建筑中常用的非结构构件，具备轻质、高强、保温隔热、隔音降噪等一系列优良性能。其密度通常仅为传统实心黏土砖的1/3-1/5，这大大减轻了建筑物的自重，降低了基础工程的负荷和成本，同时有利于提高建筑的抗震性能。AAC砌体填充墙良好的保温隔热性能可以有效减少建筑物在使用过程中的能源消耗，降低空调、供暖等设备的运行成本，符合节能环保的要求。此外，AAC材料还具有良好的防火性能，为建筑物的消防安全提供了一定保障。

在地震等自然灾害频发的背景下，建筑结构的抗震性能直接关系到人民生命财产安全和社会的稳定发展。填充墙虽为非结构构件，但在地震作用下，其平面外的受力性能对结构整体的抗震性能有着不可忽视的影响。众多震害调查结果显示，在强烈地震作用下，填充墙平面外破坏是导致建筑物破坏和人员伤亡的重要原因之一。由于填充墙与主体结构的连接方式、材料特性以及施工质量等因素的差异，使得填充墙在平面外荷载作用下的破坏模式较为复杂，可能出现墙体开裂、倒塌等情况。当填充墙发生平面外破坏时，不仅会丧失其自身的围护和分隔功能，还可能对主体结构产生附加的侧向力，加剧主体结构的损伤和破坏，严重时甚至导致建筑物的整体倒塌。

因此，深入研究装配式AAC砌体填充墙的平面外抗震性能具有至关重要的现实意义。通过对其在地震作用下的力学性能、破坏机理和抗震能力进行系统研究，可以为装配式建筑的设计、施工和维护提供科学依据，有助于优化结构设计方案，改进连接构造措施，提高施工质量，从而提升装配式建筑的整体抗震性能，减少地震灾害造成的损失。此外，对装配式AAC砌体填充墙平面外抗震性能的研究，也将丰富和完善装配式建筑结构的抗震理论体系，推动建筑行业的技术进步和可持续发展。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究进展

国外对于装配式AAC砌体填充墙平面外抗震性能的研究起步较早，在理论分析、试验研究和数值模拟等方面均取得了一定的成果。在理论分析方面，一些学者基于弹性力学、材料力学等基本理论，建立了多种用于分析填充墙平面外受力性能的理论模型。例如，[学者姓名1]提出了一种考虑填充墙与框架相互作用的简化力学模型，通过理论推导得出了填充墙在平面外荷载作用下的内力和变形计算公式，为后续的研究提供了理论基础。在试验研究方面，国外开展了大量的足尺或缩尺模型试验。[学者姓名2]进行了一系列装配式AAC砌体填充墙平面外抗震性能试验，通过改变填充墙的厚度、配筋率、连接方式等参数，研究了这些因素对填充墙平面外承载力、变形能力和破坏模式的影响。试验结果表明，合理的配筋和连接方式可以显著提高填充墙的平面外抗震性能。在数值模拟方面，随着计算机技术的发展，有限元分析方法在填充墙抗震性能研究中得到了广泛应用。[学者姓名3]利用有限元软件ABAQUS建立了装配式AAC砌体填充墙的精细化模型，考虑了材料的非线性、接触非线性等因素，对填充墙在地震作用下的响应进行了模拟分析，模拟结果与试验结果吻合较好，验证了模型的有效性。

1.2.2国内研究现状

国内对于装配式AAC砌体填充墙平面外抗震性能的研究近年来也取得了不少进展。在理论研究方面，国内学者在借鉴国外研究成果的基础上，结合国内的工程实际和材料特点，对填充墙平面外受力性能的理论模型进行了改进和完善。[学者姓名4]考虑了我国AAC砌体材料的力学性能指标和施工工艺，提出了适合我国国情的填充墙平面外承载力计算方法，并通过试验数据进行了验证。在试验研究方面，国内多个科研机构和高校开展了相关试验。[学者姓名5]进行了不同连接形式的装配式AAC砌体填充墙平面外抗震试验，分析了不同连接形式对填充墙抗震性能的影响规律，为工程实践中连接方式的选择提供了参考依据。在数值模拟方面，国内学者也利用多种有限元软件对填充墙的抗震性能进行了模拟研究。[学者姓名6]采用ANSYS软件对装配式AAC砌体填充墙进行了数值模拟，研究了墙体在不同地震波作用下的应力、应变分布情况，探讨了地震波特性对填充墙抗震性能的影响。然而，国内在该领域的研究仍存在一些不足