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《湖南大学》 2010年
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竖向荷载差作用下砌体房屋顶层裂缝机理数值仿真

唐利飞  
【摘要】: 砌体结构因其具有造价经济、施工简便、就地取材等优势,是我国建筑工程中最常用的结构形式之一。同时,砌体材料又存在抗拉、抗剪强度低等缺点,导致墙体容易出现开裂现象,这已成为工程技术人员、住户、行政主管部门等共同关注的问题。其中,竖向荷载差作用下砌体结构顶部墙体斜裂缝问题是一个亟待解决的新课题。为此,本文采用有限元方法作为数值模拟手段,对竖向荷载差作用下砌体结构受力性能及裂缝形成机理作了深入的研究。 本文首先介绍了砌体房屋裂缝的分类及其产生原因,包括竖向荷载差作用下砌体结构顶部墙体裂缝的产生原因,并重点从弹性力学、简化计算、有限元等方面研究了此类裂缝的理论分析和计算方法。 其次对非线性有限元原理进行了总结,尤其对砌体结构有限元分析时单元选择、材料本构关系、破坏准则、收敛准则等问题进行详细的分析和探讨,并对砌体结构有限元分析中常用的SOLID65单元的性质作了介绍。 接着本文利用ANSYS有限元程序,采用整体式建模方法对1/2比例墙体模型进行了弹塑性数值模拟分析,并研究了SOLID65单元在竖向荷载差裂缝分析中的适用性。继而本文对1/4比例6层试验墙体进行了深入的数值分析,得到的开裂位置、裂缝形态、位移变化都与理论分析和试验结果相吻合。在模拟分析过程中,还充分利用有限元软件的优越性,扩大分析范围,通过改变结构高度、构造措施、承重墙宽度、砌体材料性能取值等,对结构的受力性能和开裂情况进行了研究。 在此基础上,本文还对竖向荷载差裂缝的预防及其修补处理方法进行了研究。 文章重点对带构造措施墙体在竖向荷载差作用下的应力计算方法进行了研究,以及如何建立经济、合理的分析模型并选取合适的分析参数对试验结果进行模拟。同时,通过改变模型参数取值,分析了不同工况下墙体模型的受力情况,弥补了试验数据的不足,为竖向荷载差作用下砌体结构顶层墙体裂缝研究提供了有益的探索。
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