不同砌筑方式下砌体严格匀质化模型研究

摘要

对砌体结构最合理也是最主要的研究分析手段主要基于试验，但是它会根据试验周期消耗大量的时间，也需要投入大量的人、物力。现阶段的新型材料砌体层出不穷，对其精细化研究分析就显得尤为重要。匀质化方法能够针对周期性的细观结构，在分析复合材料基础上，综合提出具有严格数学依据的理论分析方法，从构成材料微观结构的体积较小的“胞元”出发，将其引入至宏观和微观尺度中，以“胞元”的单位荷载及边界条件来建立宏细观间的纽带。本文根据严格匀质化理论，对砌体RVE(RepresentativeVolume Element)严格匀质化过程的建模方法进行了分析与研究，并将等效参数应用于已有试验之中，具体工作如下:
　　(1)总结了严格匀质化理论以及其应用发展状态以及运用严格匀质化理论于砌体结构的合理性与必要性。对有关于二维周期性、二维周期性材料、周期性应力、应变周期性位移以及二维基本单元进行了描述，并且对比了逐步匀质化和严格匀质化的不同。
　　(2)基于契合理论，通过四种平面分割法则（平移、旋转、反射、滑移反射），将三种砌筑方式下的整体墙片利用矩形分割点阵进行契合分割，使整体墙片被分割为能够生成遍布契合形的RVE单元。
　　(3)对于所选取不同砌筑方式下的三种代表性体积单元，运用ABAQUS有限元软件，采用合理的材料等效参数，利用分离式建模方法建立有限元模型。模拟并分析了三种组砌形式下的代表性体积单元的受压、受拉、受剪性能。分析得出了三种体积单元的应力应变关系、三种等效体积单元在各向的极限强度以及极限应变，并根据正交各向异性弹性矩阵计算得到砌体RVE各项等效参数，验证了各个砌体RVE的各向异性性能。
　　(4)将模拟所得的等效体积单元的各项等效参数应用于已有的试验之中，对已有试验中三种不同砌筑方式的试件进行了抗压强度的模拟，并对其承载能力、应力应变关系以及弹性模量的模拟值与试验值进行了对比分析，虽然两者之间有一定的差距，但是处于可接受范围之类，验证了将严格匀质化理论应用于砌体结构的可行性。从整体上来看，运用严格匀质化方法处理砌体结构而建立的RVE模型，能够反映试件的受力性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 砌体匀质化的研究现状

1．2．1 匀质化的发展阶段及其技术分类

1．2．2 严格匀质化方法的研究现状

1．2．3 砌体等效体积单元破坏准则的研究现状

1．2．4 砌体匀质化在平面分割与组砌方式方面的研究现状

1．2．5 匀质化单元尺寸选取研究现状

1．2．6 基于匀质化的砌体结构弹性模量的研究现状

1．3 砌体细观层次材料受压本构关系研究现状

1．3．1 砌体抗压强度分析方法研究现状

1．3．2 砌体本构关系的研究现状

1．3．3 砌体弹性模量的研究现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 砌体严格匀质化理论与RVE选取

2．1 三类力学模型

2．2 二维周期性材料

2．2．1 二维周期性的描述

2．2．2 砌体结构的二维周期性

2．2．3 周期性应力

2．2．3 应变周期性位移

2．3 严格匀质化过程

2．3．1 严格匀质化基本关系式

2．3．2 严格匀质化需要考虑的因素

2．4 RVE的选取

2．4．1 典型排砖方式

2．4．2 基于契合理论的三类点阵分割

2．4．3 块体不同排列方式下砌体结构的矩形点阵分割

2．4．4 RVE单元的几何尺寸

2．5 本章小结

第三章 RVE单元参数选取及模型的建立

3．1 ABAQUS工程分析软件

3．1．1 ABAQUS中的静态平衡

3．1．2 混凝土损伤塑性模型

3．1．3 ABAQUS中的压缩

3．1．4 塑性规则参数的选取

3．2 砌体RVE单元材料参数的确定

3．2．1 本构关系的确定

3．2．2 弹性模量的确定

3．2．3 泊松比的确定

3．2．4 砖和砂浆强度的确定

3．3 边界条件的设定

3．4 模型的建立

3．4．1 整体式模型与分离式模型

3．4．2 单元类型的选取和网格划分

3．5 本章小结

第四章 砌体RVE的数值模拟分析

4．1 RVE单元的单轴受力

4．1．1 加载及约束

4．1．2 RVE单元X轴受压模拟

4．1．3 RVE单元Y轴受压模拟

4．1．4 RVE单元Z轴受压模拟

4．1．5 砌体RVE单元单轴受拉模拟

4．1．6 砌体RVE单元的平面内受剪

4．2 三种砌体RVE单元的各向等效参数

4．3 砌体RVE单元的尺寸效应

4．4 仿真分析

4．4．1 模型的建立

4．4．2 承载力的对比

4．4．3 变形性能的对比

4．5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录