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生态轻质水泥基墙体材料性能及密肋复合墙体弹塑性分析模型研究

孟宏睿  
【摘要】: 密肋复合墙体结构具有轻质节能、保温隔声、绿色环保、施工简便、造价低廉等优点,是一种性能优越的新型抗震结构体系。对密肋复合墙板及密肋复合墙体结构的力学性能课题组已进行了大量的试验研究,并提出了一些能够指导工程实践的设计计算方法。随着“生态建筑”发展的需求以及对密肋复合墙体结构性能的进一步提升,满足因地制宜、就地取材的原则,生态墙体材料的研制及新型节能复合墙体的研发就显得尤为重要。 本文主要围绕密肋复合墙体轻质填充材料的基本性能及新型生态墙体的受力性能,进行了深入系统的研究,具体内容如下: 1.研究了密肋复合墙体结构常用的B05级、B06级轻质加气混凝土砌块的抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、导热系数、干燥收缩随含水率变化规律,确定了砌块在使用过程中的含水率;同时,探讨了砌块在干湿循环情况下的强度变化规律。在砌块正常使用含水率的情况下,研究了单轴受压应力—应变关系并建立单轴受压本构方程;在对轻质加气混凝土砌块的抗拉强度和抗剪强度的分析研究基础上,基于统一强度理论确定其在多轴应力状态下的破坏准则,建立了砌块的弹塑性本构方程。根据轻质加气混凝土材料的特性,系统分析了砌块的节能、阻燃、隔声、吸能、抗渗性能以及与环境的相容性。结合砌块在使用过程中易出现的质量问题,研究了砌块的干燥收缩规律,并对轻质加气混凝土的改性方法进行了分析研究。 2.就生态轻质泡沫混凝土砌块的物理性能、技术指标,砌块的规格标准以及单轴受压应力—应变关系进行了研究;在此基础上,分别基于连续介质力学、断裂力学理论建立了轻质泡沫混凝土砌块的本构模型。结合泡沫混凝土性能的不足,分析了影响泡沫混凝土性能的因素,提出了对轻质泡沫混凝土改性的方法措施。 3.根据紧堆密度理论,优化了粉碎后的废弃泡沫聚苯乙烯(EPS)包装材料颗粒粒径。通过试验研究了再生EPS泡沫颗粒数量、表面改性剂数量、水灰比等因素对无砂全轻再生EPS轻骨料混凝土和再生EPS轻骨料混凝土抗压强度、抗折强度及容重的影响。研究了再生EPS轻骨料混凝土容重在600Kg/m~3~1200Kg/m~3内满足各考核指标的因素最佳取值,建立了再生EPS轻骨料混凝土抗压强度与容重的关系,并进行了满足密肋复合墙体填充材料要求的再生EPS混凝土抗冻性能试验。 4.采用单因素分析方法,研究了纤维掺量对小麦秸秆纤维水泥基材料及玉米秸秆纤维水泥基材料的抗折强度、抗压强度和容重的影响,得出了纤维掺量对复合材料抗折强度、抗压强度及容重的影响规律;通过正交试验方法分析了纤维掺量、水灰比、表面改性剂等因素对复合材料的抗折强度、抗压强度和容重的影响,确定了满足不同考察指标的最佳配比组合。 5.通过对轻质加气混凝土砌块和轻质泡沫混凝土砌块填充高性能密肋复合墙体框格单的试验,探讨了肋梁、肋柱高宽比、填充材料力学性能的变化对框格单元承载能力、变形能力的影响。在轻质加气混凝土砌块和轻质泡沫混凝土砌块的单轴受压本构关系基础上,采用William-Warnke五参数准则,对轻质加气混凝土砌块和轻质泡沫混凝土砌块填充高性能密肋复合墙体框格单元进行了有限元分析,并将计算结果与试验结果进行了对比;同时,通过改变墙体填充砌块的力学参数对密肋复合墙体进行了有限元模拟。 6.根据填充框架的研究成果,结合密肋复合墙体框格单元试验,探讨了不同计算方法、计算模型对高性能密肋复合墙体框格单元的适用性。同时,根据墙体试验,系统分析了不同荷载工况下,密肋复合墙体的受力性能、破坏模式:建立了密肋复合墙体弹塑性有限元分析宏观模型。基于小变形假设,利用虚功原理给出了密肋复合墙体宏模型的刚度计算公式,并确定了宏模型的参数取值。


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