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砌体基本力学性能数值模拟分析与破坏准则研究

王猛  
【摘要】:本文通过综述现有试验资料,对砌体结构的数值模拟方法进行了深入研究;并借助该方法对砌体已有试验做了有限元模拟分析;在Tsai-Wu张量多项式和试验的基础上,提出了砌体的破坏准则公式。主要研究成果如下: (1)结合国内外已有试验的材料参数和模型,选择砖、砂浆合理的本构关系和弹性模量、峰值应变与极限应变、泊松比等材料参数,用于ANSYS软件建立砌体标准抗压试验试件的有限元模型;砂浆层的有限元模型按三层单元精细建模,并按实际情况考虑竖向灰缝强度折减50%。对砌体在压力作用下的全过程进行有限元模拟分析,并将有限元分析的结果与试验比较分析,验证了所提出材料模型用于有限元分析和有限元分析结果的正确性和合理性。 (2)基于材料力学的应力转换公式,提出砌体水平灰缝与主应力方向呈不同夹角的有限元分析等效模型,采用ANSYS有限元软件建立砌体在水平灰缝与主应力方向呈不同夹角时的双轴受力作用下的有限元模型,模拟砌体在不同水平灰缝与主应力夹角和不同应力比作用下的破坏全过程,通过将抗压强度、应力应变关系、破坏特征与试验结果对比验证了有限元分析的正确性与合理性。 (3)在Tsai-Wu张量多项式和试验的基础上,构造出砌体平面受力状态下三应力参数的破坏准则;并引入材料力学的应力转换公式,将破坏准则转换为以主应力和主应力与材料主轴夹角为参数的公式。同时,结合国内灌芯砌体的试验结果,利用最小二乘法确定相关参数,形成可适用于工程实际应用的三次多项式破坏公式。


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