砌体结构细观力学模型及砌体沿通缝抗剪强度试验方法

摘要

由于取材方便、造价低廉等原因，烧结粘土砖一直为主要的墙体材料。为了节约能源、节约耕地、保护环境，实现可持续发展战略，国家相关部门积极推进墙体材料改革，节约型、环保型的新型墙体材料不断涌现。新型块体的出现对原有的砌体试验方法标准提出了更高的要求，因此中国住房和城乡建设部下达了修订《砌体基本力学性能试验方法》(GBJ129-1990)的任务。本研究主要参与砌体沿通缝抗剪强度试验方法修订，力图利用经试验验证的细观力学模型分析不同加载方式、不同材料及块型对砌体沿通缝抗剪强度的影响，为提出更合理的试验方法提供依据。
　　 通过对蒸压灰砂砖、烧结页岩砖及砂浆进行基本力学性能试验，实测了砖的抗折强度、抗压强度，砂浆的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度，并将试验结果与已有研究成果进行分析，建立了砖及砂浆的各种基本力学强度的计算公式及相互关系。
　　 对蒸压灰砂砖、烧结页岩砖和两种强度的砂浆进行了棱柱体试验，分析了砖和砂浆的破坏形态，砖和砂浆的应力及应变关系，并结合已有的研究成果，通过回归分析，得到了砖和砂浆弹性模量及泊松比的计算公式。
　　 将砖和砂浆的界面当作厚度为零的连接单元，以模拟砖与砂浆界面的滑移破坏。针对双剪试件脆性破坏的特点，采用弹脆性材料本构关系，提出了砖、砂浆、连接单元的破坏准则，建立了砌体结构细观力学模型。分析模型的计算结果与24个三砖试件和18个九砖试件的试验结果进行对比表明，模型具有良好的精度。
　　 利用考虑滑移的细观力学模型分析了加载方式、块材种类及块材高度对砌体沿通缝抗剪强度的影响，分析结果表明：GB或EN加载方式下双剪试件的灰缝并非呈纯剪切状态；且两种加载方式下，试件抗剪强度随着砂浆强度的提高而提高，随着块材弹性模量的增加而增大，增大幅度相近。但GB加载方式下块材高度对砌体沿通缝抗剪强度的影响不可忽视，而在EN加载方式下，块高对砌体沿通缝抗剪强度的影响可忽略。通过分析，建议采用EN加载方法确定砌体沿通缝抗剪强度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题背景

1.2砌体沿通缝抗剪强度试验方法

1.3砌体结构的力学模型研究现状

1.4砌体材料本构关系的研究现状

1.4.1砖和砂浆的本构关系研究

1.4.2各项同性材料破坏准则

1.5本文主要研究内容

第二章砖和砂浆的力学性能试验研究

2.1试验研究的目的

2.2砖和砂浆的基本力学性能试验

2.2.1试件制作

2.2.2试验方法

2.2.3试验结果

2.3砖和砂浆的本构关系试验研究

2.3.1试件制作

2.3.2棱柱体轴心受压试件试验方法

2.3.3破坏特征

2.3.4棱柱体的变形性能

2.3.5棱柱体抗压强度与立方体强度的关系

2.4本章小结

第三章砌体结构细观模型

3.1引言

3.2基本假设

3.3离散模型的单元组成及单元刚度矩阵

3.3.1无滑移细观模型

3.3.2考虑滑移的细观模型

3.3.3简化细观模型

3.4材料本构关系

3.4.1弹性阶段材料的本构关系

3.4.2开裂(屈服)后，砖和砂浆的本构关系

3.5破坏准则

3.5.1砖和砂浆的破坏准则

3.5.2联结单元的破坏准则

3.6分析流程图

3.7本章小结

第四章细观模型的应用及试验验证

4.1引言

4.2三砖、九砖双剪试件抗剪强度试验

4.2.1试件制作及试验方法

4.2.2试验方法

4.2.3试件破坏特征

4.2.4砌体沿通缝抗剪强度

4.3三砖、九砖双剪试件细观模型的建立

4.3.1单元参数选择

4.3.2边界条件

4.3.3单元划分

4.4三砖、九砖双剪试件细观模型弹性分析

4.5三砖、九砖双剪试件细观模型的塑性分析

4.5.1塑性分析过程

4.5.2分析结果

4.6细观模型计算结果与试验结果对比

4.7本章小结

第五章砌体沿通缝抗剪强度试验方法

5.1引言

5.2灰缝截面上弹性应力分布

5.2.1不同加载方式

5.2.2不同块材种类的试件

5.2.3不同块材高度的试件

5.3不同试件的砌体沿通缝抗剪强度

5.3.1不同加载方式的试件

5.3.2不同块材种类的试件

5.2.3不同块材高度的试件

5.3结果分析

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

附录 (攻读学位期间发表论文目录)