砌体结构墙体抗平面外及抗侧—抗压承载能力的研究

摘要

砌体结构由于具有便于就地取材、耐久性、耐火性、使用年限长等特点，因此被我国广大城乡广泛使用。但砌体结构自重大、与砂浆粘结力较弱以致其抗拉和抗弯的强度非常低。例如，2008年的汶川地震中很多砖砌建筑就是因为结构平面外所能够承受的拉弯能力非常低，导致砌体房屋外闪而使得整个房屋垮塌，因此对砌体结构平面外受力性能的研究显得迫切而又重要，并且现实意义也很大。
　　 工程界的研究人员在砌体结构墙体平面内的抗侧-抗压研究非常深入，也非常完善，却一直没有对平面外的研究给予过多的关注。平面外荷载的存在一方面会由于砌体墙片平面外抗拉抗弯能力弱而导致整栋房屋外闪后失去支点轰然倒塌，另一方面平面外荷载的存在会明显的影响到砌体墙片的侧向承载能力，从而加速了墙片裂缝的开展和破坏。
　　 本文通过结合理论分析计算和有限元软件ABAQUS计算主要对5片墙片进行平面外受力数值模拟和分析，通过改变高宽比、竖向压应力及高厚比等因素来得到墙片的平面外极限荷载。通过模型简化计算得到的墙片开裂前平面外荷载值与有限元软件ABAQUS计算值吻合较好，并且分析了高宽比、竖向压应力及高厚比对平面外极限荷载的影响。通过有限元软件计算得到了墙片不同高宽比及竖向压应力作用下平面外极限荷载值。然后在不超过平面外极限荷载值的情况下，通过改变平面外荷载的大小对墙片进行平面外受力，来研究平面外荷载存在的情况下对不同高宽比及竖向压应力墙片侧向极限荷载的影响。最后对平面外及侧向承受极限荷载能力最小的墙片进行钢筋网水泥砂浆面层加固，通过有限元计算发现加固对墙片平面外及侧向极限荷载的能力都有明显提高，并且平面外极限荷载竟然提高到了将近3倍。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 相关领域的研究概况

1．2．1 国内外砌体结构的抗侧-抗压承载力研究综述

1．2．2 国内外砌体结构的平面外受力研究综述

1．2．3 砌体结构有限元应用与分析综述

1．2．4 砌体结构钢筋网水泥砂浆加固综述

1．3 本文的研究内容

第2章 基于ABAQUS砌体结构非线性有限元分析方法

2．1 有限元和ABAQUS简介

2．1．1 有限元方法简介

2．1．2 有限元方法在砌体结构中的应用

2．1．3 有限元软件中关于计算收敛性的问题

2．1．4 ABAQUS简介

2．1．5 ABAQUS对计算收敛性问题的处理

2．2 有限元模型的两种类型

2．2．1 整体式模型

2．2．2 分离式模型

2．3 有限元模型的单元类型和划分准则

2．3．1 有限元模型的单元类型

2．3．2 有限元模型单元的划分准则

2．4 荷载步的设定及其对结果的影响

2．4．1 荷载步的具体定义

2．4．2 荷载步设定对砌体结构计算结果影响的研究

2．5 ABAQUS中材料参数的定义

2．6 ABAQUS中塑性的准则问题

2．6．1 塑性准则的介绍

2．6．2 砌体结构的塑性准则

2．6．3 混凝土损伤塑性模型中的力学行为

2．6．4 混凝土损伤塑性的参数在ABAQUS中的定义

2．7 材料的本构模型研究

2．7．1 砌体的本构模型

2．7．2 水泥砂浆的本构模型

2．7．3 混凝土的本构模型

2．7．4 钢筋的本构模型

2．8 本文模型的建立

2．8．1 单元的选取

2．8．2 本构关系的选取

2．8．3 模型的建立过程

第3章 砌体墙片平面外受力研究

3．1 研究模型基本介绍

3．1．1 模型设计

3．1．2 模型计算曲线与试验对比

3．2 墙片开裂前简化模型计算

3．2．1 墙片开裂前刚度计算

3．2．2 墙片开裂荷载计算

3．3 墙片开裂后简化模型计算

3．3．1 静力模型分析与计算

3．4 墙片平面外在ABAQUS中的建立

3．5 有限元ABAQUS结果分析

3．5．1 上部竖向压应力对墙片影响分析

3．5．2 高宽比作用对墙片影响分析

3．5．3 不同墙厚对墙片影响分析

3．5．4 不同高宽比下墙片应力云图

3．5．5 墙片开裂前简化计算与ABAQUS计算对比

3．6 本章小结

第4章 平面外受力对墙片侧向力的影响分析

4．1 引言

4．2 有限元计算数据整理

4．2．1 墙片平面外受力极限荷载ABAQUS计算

4．2．2 墙片侧向极限荷载ABAQUS计算

4．3 墙片在一定高宽比下的侧向极限荷载的研究

4．4 墙片在一定竖向压应力下的侧向极限荷载的研究

4．5 典型曲线分析

4．5．1 墙片应力云图及裂缝图分析

4．5．2 墙片典型曲线荷载位移图分析

4．6 墙片加固后对比研究

4．6．1 墙片加固模型

4．6．2 墙片平面外极限承载力对比分析

4．6．3 墙片侧向极限承载力对比分析

4．7 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文