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混凝土砌块砌体基本力学性能试验研究与非线性有限元分析

宋力  
【摘要】:本文在试验研究的基础上,运用多个理论及有限元分析方法,对混凝土砌块砌体的基本力学性能和非线性性能进行了分析与研究。 文内首先综述了砌块砌体的优越性、国内外砌块应用及砌块建筑概况和混凝土砌块砌体研究中存在的问题。 通过27个抗压试件,36个抗剪试件的静力试验,分析了砌块砌体受压和受剪的破坏形态、开裂荷载和极限承载力及变形能力。分析结果表明,未灌芯砌体破坏时呈现出较普通砖砌体更为明显的脆性特性,并且砌体内裂缝数量较砖砌体的少得多。灌芯砌体与未灌芯砌体相比,灌芯砌体的开裂荷载、极限荷载明显要高,砌体内的裂缝数量要多。根据试验数据回归得到了砌块砌体应力-应变曲线,以及弹性模量和泊松比的取值。通过分析比较可以看出灌芯砌体的应力—应变曲线要比未灌芯砌体的呈现出更为明显的非线性特性。 依据受压工作机理和影响砌块砌体抗压强度的主要因素,分别用应力法和应变法建立了砌块砌体抗压强度公式;依据受剪工作机理和影响砌块砌体抗剪强度的主要因素,用Hoffman准则和双剪强度理论分别提出了砌块砌体抗剪强度公式。本文公式较现行规范公式考虑的更为全面、合理,为从理论上建立砌体抗压、抗剪强度公式作了有益的探讨。 根据剪压复合受力作用下墙体的受力特点和变形特征,进行了墙体抗剪强度理论和公式研究。将主拉强度理论与剪摩理论相结合,形成了一种新的强度理论,即拉摩强度理论,提出了墙体的力学计算模型和计算公式。拉摩强度理论能较好反应墙体破坏特征,改善了两种古典理论,本文公式曲线与规范公式曲线吻合较好。 最后,使用一般有限元通用程序ANSYS重现试验结果和模拟试验结果。通过改变分析参数,分析了影响砌体抗压和抗剪强度的主要因素,得到了砌体的应力分布。有限元分析结果表明砌体各组成成分的性质,对砌体的性质有重要影响。证明ANSYS能够被运用于砌体非线性有限元分析。 本文的成果可供砌体结构设计和理论研究参考。


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