植物纤维混凝土砌块砌体强度理论研究及有限元分析

摘要

植物纤维增强混凝土砌块以农业与工业废料为主要原料，具有良好的力学性能、热工性能和砌筑性能，是一种较为理想的建筑墙体材料。然而，国内外相关研究并不多，尚存在很多空白领域和亟待解决的问题，这直接阻碍了该砌块的推广应用。本文在试验研究的基础上，针对该种砌块砌体的轴心抗压、通缝抗剪性能进行了较为全面、系统的强度理论研究及相关的有限元分析。
　　在砌块砌体试件轴心抗压静力载荷试验研究的基础上，进一步分析了砌块砌体受压破坏形态、开裂荷载、极限承载力及变形性能，结果表明植物纤维混凝土砌块砌体与普通混凝土砌砌块砌体类似，脆性特征明显。通过对砌块、砂浆之间相互作用关系的分析，综合考虑各种因素的影响，运用应力法建立了砌体抗压强度计算公式；利用损伤理论建立了砌体本构关系，并较好地反映了弹性模量随应变增加逐渐变小的变化趋势；根据试验数据进行回归分析得到砌块砌体泊松比计算公式，相关公式计算结果与试验结果吻合较好。在试验和理论研究的基础上，利用有限元软件ABAQUS对砌体轴心抗压试件进行非线性有限元分析，提出了合适的有限元模型及主要建模方法，得到了应力应变曲线、应力应变云图和位移变形情况等结果，演变了裂缝发展演化过程，以及实验过程中难以得到的一些结论。有限元计算模拟结果与试验对比分析表明两者一致，表明ABAQUS塑性损伤模型能较好的模拟混凝土砌块砌体轴心抗压非线性问题。
　　在砌体试件通缝抗剪试验研究的基础上，分析了砌体受剪破坏形态和特征。运用最小耗能原理，考虑空心砌块和砂浆间的销键作用，建立了空心砌块砌体通缝抗剪计算公式，公式计算值与经过橡皮锤敲打且正常养护的试件试验结果吻合较好。同时建立了砌块砌体在剪压复合力作用下的抗剪承载力计算公式，公式涵盖了砌体剪压作用下的三种破坏形态。在试验和理论研究的基础上，利用有限元软件ABAQUS对砌体通缝抗剪试件进行了有限元分析，在考虑砂浆销键作用的基础上，提出了合适的有限元模型，得到了灰缝破坏特征、砂浆应力应变分布、极限剪切力等结果。从理论上分析了上部灰缝较下部灰缝容易破坏和灰缝应力分布不均匀的原因。研究结果表明有限元模拟结果与试验一致，摩尔库仑模型能较好的模拟纯剪切力作用下砌体的破坏。
　　本文砌体轴心抗压强度、本构关系理论研究及非线性有限元分析，通缝抗剪强度与有限元分析的研究方法可供类似研究参考和借鉴，相关的研究成果可供研究和应用参考，具有一定的参考价值。

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第1章 绪论

1.1前言

1.2混凝土砌块的发展与应用

1.3未来砌块的发展和研究方向

1.4混凝土砌块砌体的研究现状

1.5目前存在的问题和本课题的工作

1.6本文的研究特色和创新点

第2章 植物纤维混凝土砌块砌体抗压性能研究

2.1引言

2.2试验研究概况

2.3抗压强度研究

2.4本构关系

2.5弹性模量和泊松比

2.6本章小结

第3章 植物纤维混凝土砌块砌体抗剪性能研究

3.1引言

3.2试验研究概况

3.3抗剪强度研究

3.4本章小结

第4章 植物纤维混凝土砌块砌体轴心受压非线性有限元分析

4.1非线性及有限单元法简述

4.2有限元模型的建立

4.3砌体受压非线性分析结果

4.4本章小结

第5章 植物纤维混凝土砌块砌体受剪性能有限元分析

5.1引言

5.2通缝抗剪有限元模型

5.3砌体通缝抗剪有限元结果分析

5.4本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2需进一步研究的问题

6.3展望

致谢

参考文献