波流耦合荷載作用下村鎮(zhèn)建筑破壞機理研究

肖詩云，程若桐

(大連理工大學 建設(shè)工程學部， 遼寧 大連 116024)

波流耦合荷載作用下村鎮(zhèn)建筑破壞機理研究

肖詩云，程若桐

(大連理工大學 建設(shè)工程學部， 遼寧 大連 116024)

基于洪澇災害下村鎮(zhèn)建筑結(jié)構(gòu)破壞機理研究及水深、流速等對建筑結(jié)構(gòu)影響研究較少，對波流耦合荷載作用下村鎮(zhèn)建筑破壞機理和影響因素進行研究，為蓄滯洪區(qū)村鎮(zhèn)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計和防洪抗洪措施提供依據(jù)。利用ANSYS建立砌體結(jié)構(gòu)分離式模型，分析5種水深、5種流速和3種波高共75種荷載工況下，砌體結(jié)構(gòu)在動水壓力、靜壓力和波浪力的共同作用下的破壞過程、應力和變形情況，并研究水深、流速、波高對其破壞和變形的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)的破壞位置主要集中在窗口上側(cè)以及門窗之間的墻體，破壞最先發(fā)生在窗口上側(cè)，其次是門窗之間墻體，且隨著荷載的增大破壞程度愈加明顯；結(jié)構(gòu)位移隨水深增加呈顯著非線性增長，隨流速增大呈不顯著非線性增長，隨波高增長位移變化最小。

波流荷載；村鎮(zhèn)建筑；破壞機理；流速；波高

我國是一個自然災害較為嚴重的國家，災害種類、強度、頻率均居世界首位，而在所有自然災害中，暴雨引起的洪澇災害帶來的經(jīng)濟損失最大，每年因洪水災害造成的經(jīng)濟損失占各種自然災害總損失的40%左右，洪水造成的破壞形式主要有：沖塌房屋、毀壞農(nóng)作物、剝蝕耕地、沖毀基礎(chǔ)設(shè)施等[1-2]。由于洪災大多發(fā)生在山區(qū)、農(nóng)村或小城鎮(zhèn)，而這些地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)相對簡單，大多以砌體結(jié)構(gòu)為主，抵抗洪水能力有限，因此，因洪水造成的房屋倒塌不計其數(shù)。從2001年—2014年，因洪澇災害倒塌破壞的房屋累計達到1401.57萬間，造成的經(jīng)濟損失不可估量。鑒于洪水對村鎮(zhèn)建筑破壞的嚴重性[3]，有必要研究洪水作用在建筑結(jié)構(gòu)上的荷載大小和分布，并分析洪水對建筑結(jié)構(gòu)的破壞機理和形式，為進一步提出可靠的村鎮(zhèn)建筑防洪、抗洪措施打下基礎(chǔ)。

目前，洪水荷載方面的研究還很缺乏，主要集中在波浪荷載和水流荷載共同作用方面。在波浪沖擊力的理論研究方面，森弗羅[4]基于有限水深橢圓余擺波浪理論于1928年提出立波波壓力強度的計算公式；Lara J L[5]根據(jù)大量的模型試驗以及對原體防護堤的檢驗提出了一個既可以計算立波又可計算破波作用力的新公式；Nagai S[6]根據(jù)大量的水槽模型資料得出的計算立波波峰作用里的計算公式；Tabet-Aoul E H等[7]對開孔沉箱結(jié)構(gòu)上波浪力進行研究并給出新的波浪力計算公式；林鳳習等[8]通過無反射數(shù)值波浪水槽研究了周期波浪對浪濺區(qū)結(jié)構(gòu)物的沖擊作用；任冰等[9]進行了不規(guī)則波對浪濺區(qū)結(jié)構(gòu)物沖擊實驗，并對實驗結(jié)果進行分析研究；我國的《蓄滯洪區(qū)建筑工程技術(shù)規(guī)范》[10](GB50773-2012)給出了作用于開洞墻面上的波浪荷載分布。在水流荷載研究方面，《港口工程荷載規(guī)范》[11](JTS 144-01-2010)和《公路橋涵通用規(guī)范》[12](JTGD 60-2015)已有相對成熟的計算公式，葛學禮等[13]根據(jù)山區(qū)鄉(xiāng)村房屋模型水流作用試驗給出水流荷載計算公式。

國內(nèi)外基于洪澇災害下建筑結(jié)構(gòu)在荷載作用下的破壞機理研究及水深、流速等對建筑結(jié)構(gòu)影響的研究較少。本文基于大型有限元軟件ANSYS建立砌體模型，對波流耦合荷載作用下村鎮(zhèn)建筑結(jié)構(gòu)的破壞機理和破壞形式進行研究，并分析了水深、流速、波高三種因素對建筑結(jié)構(gòu)破壞性能的影響，為進一步提出可靠的村鎮(zhèn)建筑防洪抗洪措施和蓄滯洪區(qū)村鎮(zhèn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。

1 數(shù)理模型

1.1 幾何模型

蓄滯洪區(qū)及村鎮(zhèn)建筑結(jié)構(gòu)常見形式主要有砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、磚木混合結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)等，其中砌體結(jié)構(gòu)較為常用，因此，本文以砌體結(jié)構(gòu)為例，研究村鎮(zhèn)建筑結(jié)構(gòu)洪水破壞機理。設(shè)計一個典型的雙開間砌體結(jié)構(gòu)村鎮(zhèn)建筑，建筑高3.3 m、長7.8 m、寬4.8 m，兩個房間開間分別為4.2 m和3.6 m，進深為4.8 m；迎流面左窗寬1.8 m、高1.5 m，右窗寬1.2 m、高1.5 m，房屋背面左側(cè)窗寬1.8 m、高1.5 m，右窗寬1.8 m、高1.5 m，門寬0.96 m、高2.7 m，內(nèi)墻和外墻均為240 mm厚，砌塊尺寸為240 mm×115 mm×53 mm。迎流面墻的面積為26.532 m2，開洞面積為7.092 m2，凈面積為19.44 m2，墻面開洞率為26.73%。

1.2 計算模型

本文砌體結(jié)構(gòu)中砌塊等級取為MU10，砂漿等級取為M5。根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[14](GB50003-2011)，砌塊的抗壓強度為16 MPa，彈性模量為13 000 MPa，泊松比為0.15，密度為1.7×103kg/m3，砌體之間摩擦系數(shù)為0.7。砂漿的抗壓強度為1.3 MPa，彈性模量為2 800 MPa，水平粘附強度為0.17 MPa，抗剪強度為1.3 MPa。因砌縫的開裂和滑移是砌體結(jié)構(gòu)中最常見的破壞方式，數(shù)值計算時建立分離式模型，利用ANSYS中的接觸單元來模擬砂漿。采用零厚度剛性—柔性的面面接觸單元，剛性面為目標面用Target 170來模擬目標面，柔性體的表面為接觸面，用Contact 173來模擬，兩者組成接觸對。砌塊定義成正交各異性材料，采用節(jié)點數(shù)為8的Solid 45實體單元模擬，計算模型共有46 899個砂漿單元，23 708個磚單元如圖1所示。

圖1 有限元模型

因砌體結(jié)構(gòu)的非線性和各項異性，對其本構(gòu)關(guān)系及破壞準則的研究尚不多見，國內(nèi)外已開展的研究大多限于基于試驗結(jié)果的平面受力砌體破壞準則研究，仍沒有一個被廣泛認可的砌體應力應變關(guān)系及其破壞準則[15-17]。從應力和位移定義結(jié)構(gòu)的破壞準則：從應力方面，當磚的主應力超過16 MPa，此磚單元失效，當砂漿單元的抗剪強度超過0.19 MPa時，砂漿單元失效；從穩(wěn)定性方面考慮，當砌體單元的位移超過0.04 m，可認為砌體單元位移過大而失穩(wěn)，從墻面滑落，單元失效被“殺死”，繼續(xù)施加荷載直至沒有單元失效。

2 荷載分析

2.1 水流荷載

水流荷載是行洪區(qū)村鎮(zhèn)建筑表面的主要作用荷載，影響水流作用力的因素有：洪水流速(通常以平均流速v代替)、水深d、洪水密度、流體的動力黏滯系數(shù)μ、砌體寬度和高度、順水流方向上的長度，以及建筑迎流面的法線方向與洪水流動方向的夾角等。關(guān)于水流力，《港口工程荷載規(guī)范》[11](JTS144-1-2010)和《公路橋涵通用規(guī)范》[12](JTG D60-2015)中都給出了相應的計算公式，如下所示：

(1)

其中：Fw為水流力標準值；Kw為水流阻力影響系數(shù)；v為水流設(shè)計速度；ρ為水的密度；A為墻面的毛面積。

相關(guān)試驗研究[13]也得到了水流力的擬合公式，這些公式形式基本相同，不同之處體現(xiàn)在水流阻力系數(shù)的選取上。本文根據(jù)試驗結(jié)果，并參考《港口規(guī)程荷載規(guī)范》[11](JTS144-1-2010)，擬合了水流阻力綜合影響系數(shù)和房屋開洞率之間的關(guān)系，得出了如下所示的計算公式：

Kw=2.32(1-η)

(2)

其中：Kw為水流阻力綜合影響系數(shù)；η為墻面開洞率。

2.2 波浪荷載

《蓄滯洪區(qū)建筑工程設(shè)計規(guī)范》[18](GB50181-93)中給出了波浪荷載的計算公式，作用于結(jié)構(gòu)迎流面上的波浪荷載可分為靜水位以上波浪荷載分布qz0和靜水位以下波浪荷載分布qzb，計算公式分別為：

qz0=k2γ[k1H-(z-d)]

(d≤z≤k1H+d)

(3)

(4)

(0≤z≤d)

其中：k1為波浪壓強系數(shù)；k2為與結(jié)構(gòu)迎浪面相對尺度與波長之比有關(guān)；γ為水的重度；H為波高；d為水深。

蓄滯洪區(qū)的波浪主要是在風的作用下引起的，因此計算風浪要素時要把風區(qū)長度和計算風速作為主要影響因素進行考慮。蒲田試驗站公式既能適用于深水波又能適用于淺水波，王章立等[19]在規(guī)范公式基礎(chǔ)上，對風浪要素計算公式進行修證。得出水深大于3.0m和小于3.0m情況下，蓄滯洪區(qū)分洪受淹后的風浪要素計算公式分別為：

當d>3.0 m，D=12 km時

(5)

當d≤3.0 m，D=3 km時

(6)

其中：Hm為平均波高；D為風區(qū)長度；Vw為計算風速；d0為計算水深；g為重力加速度。

2.3 耦合荷載

將洪水期間村鎮(zhèn)尺度的河段視為明渠均勻流，明渠均勻流的坡度取0.001到0.005之間。由現(xiàn)場調(diào)查[20]顯示河床粗糙系數(shù)取為0.03。蓄滯洪區(qū)淹沒深度較淺，大多在1.0m～3.0m水深，但淹沒范圍較寬，大多在幾百米范圍，因此河流截面面積A可近似按矩形計算[21]。洪水時河面寬取500 m，水深取3.0 m，坡度范圍0.001到0.005，由謝才公式得到洪水主流區(qū)流速范圍為2.18 m/s～4.88 m/s。蓄滯洪區(qū)地勢較為平坦，淹沒深度較淺，水深取為1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m，根據(jù)風壓和風區(qū)長度波高取0.35 m、0.40 m、0.45 m。本文不考慮水流和波浪之間的相互作用，同時不考慮水對砌體的浮力作用，將水流荷載、波浪荷載和靜水荷載共同作用在建筑結(jié)構(gòu)迎浪面上，水流荷載為面荷載均勻分布在迎流面上，波浪荷載取波周期內(nèi)荷載峰值作用在迎流面上。

以水深為3.0 m、流速為4.88 m/s、波高為 0.45 m為例，波流耦合荷載分布如圖2所示。荷載被分成20步施加在結(jié)構(gòu)上，每一步荷載為2.47 kPa,在計算過程中單元位移和應力達到破壞準則時失效。如果單元失效，將會在下一步計算之前被“殺死”，失效單元在結(jié)構(gòu)中的剛度近乎為零，整個結(jié)構(gòu)將以新的剛度進行計算并重復上述步驟，直到結(jié)構(gòu)沒有新的單元被“殺死”。

圖2 砌體結(jié)構(gòu)迎流面荷載分布(單位：Pa)

3 計算結(jié)果分析

3.1 破壞過程分析

以水深為3.0 m、流速為4.88 m/s、波高為 0.45 m為例，分析波流耦合荷載(見圖2)作用下結(jié)構(gòu)的破壞過程，過程如表1所示。圖3給出了第10、13、18和20荷載步時結(jié)構(gòu)的破壞情況。開始施加荷載磚單元和砂漿單元未發(fā)生失效，荷載步為3時第1個砂漿單元發(fā)生失效，失效單元位于迎流面左側(cè)窗口上側(cè)；隨著荷載的增加砂漿單元失效個數(shù)增加，當荷載步為10時，窗口上側(cè)有45個磚單元位移超過0.04 m(見圖3(a))失效，砂漿單元失效數(shù)達到175個；當荷載步為13時，門窗之間的墻體開始發(fā)生破壞(見圖3(b))，此時失效砂漿單元數(shù)量顯著增加，在第18荷載步(見圖3(c))和第20荷載步(見圖3(d))時，分別有544和636個磚塊位移過大而失效。在荷載施加的過程中，迎流面左側(cè)窗口的上側(cè)墻首先發(fā)生破壞，其次是右側(cè)門窗之間的墻體發(fā)生破壞，直至迎流面墻完全破壞。隨著荷載增加，砌體結(jié)構(gòu)失效單元數(shù)量增加，結(jié)構(gòu)剛度變小，結(jié)構(gòu)破壞程度越加嚴重，最終失效的磚砌塊數(shù)量為636個，失效的砂漿單元數(shù)量為2 389個，結(jié)構(gòu)迎流面在該荷載組合下發(fā)生了嚴重破壞。

表1 結(jié)構(gòu)的破壞過程

圖3 結(jié)構(gòu)的破壞過程

3.2 應力分析

結(jié)構(gòu)的第一主應力和第三主應力應力云圖分別如圖4和圖5所示。磚單元的最大應力主要分布在縱墻和橫墻的交界處，因截面突變引起剛度的變化使窗口拐角處應力較大，應力為2.3 MPa，未超過磚單元的限值。接觸單元應力較大主要集中在窗口上側(cè)及門窗之間的墻體， 第10荷載步窗口上側(cè)的砂漿單元應力超過1.3 MPa發(fā)生失效。應力隨著荷載的增大而增大，且砂漿單元失效數(shù)增加，磚單元位移超過0.04 m而失效，當荷載完全施加，迎流面窗口上側(cè)和門窗之間的墻體完全破壞?；铱p為整個結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，在荷載施加過程中，迎流面上的接觸單元所受剪力和壓力作用增大，當超過砂漿單元的抗剪承載力或超過砂漿單元的抗壓強度時，砂漿單元失效。工程施工過程中，考慮使用強度較高的砂漿和砌塊，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性；提高結(jié)構(gòu)砌筑質(zhì)量從而降低因灰縫不飽滿帶來的危害。

圖4 第一主應力云圖

圖5 第三主應力云圖

3.3 變形分析

圖6給出了砌體結(jié)構(gòu)在第10和20荷載步時的位移云圖。根據(jù)位移云圖可知，在第10荷載步結(jié)構(gòu)的最大位移發(fā)生在迎流面窗口上側(cè)部位，部分單元位移超過0.04 m而失效，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞,其次是門窗之間的墻體，窗和門兩側(cè)的墻體變形也較大；在第20荷載步窗口上側(cè)的墻體以及門窗之間的墻體發(fā)生破壞，門口上側(cè)的墻體由于過梁仍起一定的作用沒有完全破壞，但整個迎流面墻完全破壞，砌體結(jié)構(gòu)失去使用性。

圖6 位移云圖

根據(jù)破壞過程和應力變形分析，在水深為3.0 m、流速為4.88 m/s、波高為0.45 m情況下，砌體結(jié)構(gòu)最易破壞位置為迎流面窗口上側(cè)及門窗之間的墻體。選取位于左側(cè)窗口上側(cè)墻體的A點，位于門窗之間墻體的B點。逐步施加荷載，得出各荷載步時A點和B點的位移變化趨勢，如圖7所示，A點在荷載24.7 kPa的情況下磚單元開始失效，B點在荷載為32.11 kPa的情況下磚單元開始失效。隨著荷載的增大，位移呈非線性增長，直到單元位移超過限值0.04 m失效，從而結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。由A點和B點的位移變化知結(jié)構(gòu)最先破壞位置為左側(cè)窗口上側(cè)，其次是門窗之間的墻體。原因窗口較大時，其周圍約束少，剛度較小，部分單元產(chǎn)生較大位移導致窗口上側(cè)墻體發(fā)生破壞。門窗之間的墻體因為所受約束小，并且自身剛度較小，因而容易破壞。

圖7 砌體結(jié)構(gòu)A和B點位移

4 影響因素分析

4.1 水深變化影響

流速和波高一定，給出5種不同水深分析結(jié)構(gòu)單元失效數(shù)和破壞狀況如表2所示，水深小于等于2 m時，結(jié)構(gòu)失效單元數(shù)為0，結(jié)構(gòu)未發(fā)生破壞；當水深為2.5 m、流速為4.88 m/s、波高為0.45 m時，磚單元失效數(shù)為61，砂漿單元失效數(shù)為230，磚單元從結(jié)構(gòu)上滑落，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。破壞位置首先發(fā)生在迎流面窗口上側(cè)。在2.5 m水深一定時，流速小于4.88 m/s，結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞；當水深為3.0 m時，結(jié)構(gòu)隨著流速的增大，單元失效數(shù)增加，磚單元從結(jié)構(gòu)上滑落，結(jié)構(gòu)破壞程度越加嚴重。

當水深較小時，結(jié)構(gòu)未發(fā)生破壞，表2不足以反映水深變化對結(jié)構(gòu)的影響。為了方便研究波流耦合荷載對結(jié)構(gòu)變形的影響，不考慮單元失效和結(jié)構(gòu)破壞，當流速和波高一定，分析砌體結(jié)構(gòu)最大位移隨著水深的變化規(guī)律如圖8所示。

表2 不同水深波高為0.45 m 時單元失效個數(shù)

圖8 位移隨水深的變化規(guī)律

隨著水深增加荷載增大，砌體結(jié)構(gòu)的最大位移呈明顯非線性增加如圖8(a)、圖8(b)、圖8(c)所示，且不同水深下結(jié)構(gòu)最大位移發(fā)生的位置不同。流速為4.88 m/s、波高為0.45 m情況下，水深為1 m時，砌體結(jié)構(gòu)迎流面窗臺處的水平位移最大為0.016 m；水深為1.5 m時，結(jié)構(gòu)的最大位移發(fā)生在窗戶、門兩側(cè)和窗臺處為0.0244 m；水深為2 m時最大位移為0.0260 m；水深為2.5 m和3.0 m時，結(jié)構(gòu)的位移非線性增長明顯,最大位移的位置集中在窗口上側(cè)和門窗之間的墻體，分別為0.0404 m和0.0822 m。由表2和圖8知水深2.5 m、流速4.88 m/s、波高0.45 m組合下的波流荷載為臨界值，增大任意一個變量，結(jié)構(gòu)在荷載作用下發(fā)生破壞。

4.2 流速變化影響

水深和波高一定，隨著流速增大結(jié)構(gòu)單元失效數(shù)見表3，當水深小于2.5 m，流速在2.18 m/s～4.88 m/s之間變化，磚單元和砂漿單元未發(fā)生失效，結(jié)構(gòu)未發(fā)生破壞。當水深為2.5 m時，流速超過4.88 m/s結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。在水深3 m情況下，結(jié)構(gòu)失效單元數(shù)隨流速增大明顯增加，流速較小時，波流耦合荷載對結(jié)構(gòu)作用較小，結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞，當流速大于3.08 m/s時，結(jié)構(gòu)開始發(fā)生破壞。

表3不足以反映建筑結(jié)構(gòu)的影響，為了進一步分析結(jié)構(gòu)變形與流速的關(guān)系，不考慮結(jié)構(gòu)破壞。給出水深和波高一定時，結(jié)構(gòu)的最大位移隨流速變化規(guī)律如圖9所示。

表3 不同流速下單元破壞個數(shù)

隨著水流速度的不斷增大，迎流面沿水流方向的位移逐漸增大，且位移增長呈不顯著非線性。由圖9知在水深1 m～2 m下，隨流速的增大，結(jié)構(gòu)位移變化近似線性，且增長不明顯。水深取2.5 m～3.0 m之間某一值時，結(jié)構(gòu)位移隨流速增大呈明顯非線性增加。水深在1.5 m和水深2.0 m情況下，結(jié)構(gòu)位移隨流速的變化趨勢相同，且相差很小，主要原因是荷載作用面的開洞率從0.194～0.269，由公式(2)知水流阻力系數(shù)變小，從而相同流速下水流荷載值減小，總荷載增長不大，結(jié)構(gòu)位移相差不大。根據(jù)公式(2)和分析結(jié)果知村鎮(zhèn)建筑墻面適當?shù)拈_洞能提高結(jié)構(gòu)的抗洪能力。

圖9 位移隨流速的變化規(guī)律

4.3 不同波高

在流速和水深一定情況下給出三種波高，根據(jù)圖8、圖9可知波高變化對砌體結(jié)構(gòu)位移影響不大，本文對波高作用下結(jié)構(gòu)的變形進行簡單分析。

砌體結(jié)構(gòu)位移隨波高的變化呈線性增長，且增長不顯著見圖10。風浪受到蓄滯洪區(qū)水深、風區(qū)長度、風壓和水深等因素限制，風浪波高在0.35 m～0.45 m之間波動。因波高不會有很顯著的變化，風浪產(chǎn)生的波浪荷載相對動水壓力和靜壓力較小，結(jié)構(gòu)在風浪作用下產(chǎn)生不敏感響應。洪水受災區(qū)因風浪引起的荷載對建筑結(jié)構(gòu)位移的影響不明顯。

圖10 位移隨波高的變化規(guī)律

5 結(jié) 語

本文針對村鎮(zhèn)建筑結(jié)構(gòu)在洪水荷載作用下的響應進行數(shù)值仿真模擬，得到了砌體結(jié)構(gòu)的破壞過程、破壞位置和變形情況，以及結(jié)構(gòu)對水深、流速和波高的敏感程度，主要結(jié)論如下：

(1) 水深對建筑結(jié)構(gòu)的影響大于流速對結(jié)構(gòu)的影響，水深的變化引起結(jié)構(gòu)位移呈顯著非線性增長，流速變化結(jié)構(gòu)位移呈不顯著的非線性增長，波浪荷載對建筑結(jié)構(gòu)影響較小。水深為2.5 m時，流速超過4.88 m/s結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞；水深為3.0 m時,流速超過3.00 m/s，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。

(2) 水深為1.0 m、1.5 m時，砌體結(jié)構(gòu)位移最大在窗臺處，水深為2.0 m、2.5 m和3.0 m時結(jié)構(gòu)最大位移分布在窗口上側(cè)和門窗之間的墻體。

(3) 迎流面開洞大小影響 的大小，進而影響荷載作用，由水深為1.5 m和2.0 m對比知結(jié)構(gòu)位移變化不明顯，本文擬合的公式(2)和分析結(jié)果知墻面適當開洞能提高結(jié)構(gòu)的抗洪能力。

(4) 根據(jù)結(jié)構(gòu)的應力云圖可知磚單元最大應力主要集中在縱墻和橫墻交界處，砂漿單元最大應力位于窗上側(cè)和門窗之間的墻體，砂漿極易破壞導致磚塊位移過大，從而結(jié)構(gòu)破壞。

(5) 由模型上A點和B點的位移變化可知，隨著荷載的逐漸增大，部分單元失效，從而結(jié)構(gòu)的整體剛度變小，磚單元位移超過限值結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。

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Failure Mechanism of Rural Buildings Due to Wave and Current Coupled Loading of Flood

XIAO Shiyun, CHENG Ruotong

(FacultyofInfrastructureEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian，Liaoning116024，China)

This paper focuses on the failure mechanism of rural building and the sensitivity of the building to provide basis for the design of the rural building. By using ANSYS we established a separation model of the masonry structure, 75 kinds of loads were considered with 5 kinds of water depth, velocity and 3 kinds of wave height to analyze the failure process of masonry structure,the strains and stresses under the interaction of hydrodynamic pressure, static pressure and wave force. The numerical results show that the damage of the structure are mainly concentrated on the upper wall between windows and the wall of doors and windows, the first failure occurred in the upper wall of windows, followed by the wall between the door and the window, and as the load increases the extent of damage is more obvious; the displacement of the structure had significant nonlinear growth with the increase of water depth, and had no significant nonlinearly growth with the increase of flow velocity, the minimum growth and the increase of wave height.

wave and current loads; rural constructions; failure mechanism; current velocity; wave height

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.02.001

2017-01-15

2017-02-15

國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體項目(51421064)

肖詩云(1973—)，男，湖南澧縣人，教授，博士生導師，主要從事混凝土材料與結(jié)構(gòu)力學特性的研究。E-mail:shyxiao@dlut.edu.cn

TU375.6

A

1672—1144(2017)02—0001—08