洞口对砖砌体墙受力性能影响的非线性有限元分析

摘要

目前在我国广大的城镇、农村、落后地区，砖混结构仍占主导地位，而且在相当长的一段时期内不会改变，研究砖混结构的抗震仍是土木工程的一项重要任务。砖混结构是典型的脆性结构，自重大、刚度大、地震作用大，并且抗剪、抗拉、抗弯强度低，在地震作用下，结构会产生裂缝，甚至破坏，严重影响到结构的寿命。尤其是开洞墙体，在地震作用下，洞口处会出现明显的应力集中现象，使构件的受力性能大大降低，洞口处成为墙体的薄弱部位，所以研究洞口对砖砌体墙受力性能的影响具有较大的理论意义和实用价值。
　　本文首先对砖混结构的特点、发展现状及相应的抗震措施进行了阐述，接着介绍了砌体结构的材料力学性能及有限元分析的相关理论，然后在总结以往的研究基础上，利用通用有限元分析软件ABAQUS就洞口对墙体受力性能的影响做了一些探讨和分析，主要有以下几方面内容:
　　1.以单片墙体受剪压应力作用为例，详细分析了当洞口的大小、形状、排列方式、水平位置、竖向位置等参数不同时，墙体的应力分布情况、极限荷载、位移和刚度大小情况，给出了洞口大小、形状、放置位置的最佳选择以及有无洞口两类墙体的裂缝分布情况。分析表明，相对于洞口形状、放置位置和排列方式，洞口的大小对墙体受力性能的影响较大。
　　2.分别以开洞和未开洞两种墙体受剪压应力作用为例，详细分析了墙体的高宽比不同时，两类墙体的极限荷载、位移、刚度和每一步加载下墙体的应力分布情况。分析表明，随着墙体高宽比的增大，墙体的抗剪承载能力降低，但试件的弯曲效应逐渐增强，试件的变形能力与延性得以改善。
　　3.以开矩形洞口墙体受剪压应力作用为例，详细分析了开洞率、窗下墙跨高比、窗间墙高宽比等参数不同时，墙体的应力分布情况、裂缝分布及发展情况。分析表明，随着窗下墙跨高比或窗间墙高宽比的增大，底层窗间墙的裂缝都会增多;大多数墙体整体呈现出墙体底端的破坏程度远大于墙体顶端的破坏程度;开洞率越大，窗间墙和窗下墙的受力性能均变差;窗下墙的X形裂缝较两端损坏而言，X形裂缝更适合于结构的抗震。
　　最后本文给出了研究结果，并根据课题的研究成果提出了尚需解决的问题。本文所做工作的目的是分析各种参数的改变时洞口对砖砌体墙受力性能的影响，为今后开洞砖砌体墙的研究和设计工作提供了一定的参考依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 砖混结构简介

1．1．1 砖混结构简介

1．1．2 砖混结构的发展现状

1．1．3 砖混结构的发展趋势

1．2 地震作用下的砖混结构

1．2．1 砖混结构的震害及其分析

1．2．2 砖混结构的抗震措施

1．3 相关领域的发展成果

1．3．1 有关剪压作用下结构受力性能的研究成果

1．3．2 有关洞口的研究成果

1．3．3 有关墙体高宽比的研究成果

1．3．4 有关窗间墙和窗下墙的研究成果

1．4 本课题研究内容

1．4．1 本论文研究的目的

1．4．2 本论文研究的内容与方法

第二章 有限元分析的理论基础

2．1 砌体结构的物理力学特性

2．1．1 砌体结构的受压性能

2．1．2 砌体结构的受拉性能

2．1．3 砌体结构的受剪性能

2．1．4 砌体结构的受弯性能

2．2 本构关系及参数的选取

2．2．1 砌体结构的本构关系

2．2．2 砌体结构弹性模量的确定

2．2．3 砌体结构泊松比的选取

2．2．4 混凝土本构关系

2．2．5 混凝土弹性模量和泊松比的选取

2．3 有限元分析的理论基础

2．3．1 有限元的概念

2．3．2 有限元软件的对比

2．3．3 ABAQUS软件介绍

2．3．4 ABAQUS软件研究现状

第三章 有限元模型的确立与分析

3．1 有限元模型的选取

3．2 有限元模型的确立

3．2．1 有限元模型参数的选取

3．2．2有限元模型的确立

3．3 有限元模型的分析

第四章 洞口对砖砌体墙受力性能的影响

4．1 有无洞口对墙体受力性能的影响

4．2 开洞率对墙体受力性能的影响

4．3 洞口形状对墙体受力性能的影响

4．3．1 正方形、圆形和三角形洞口

4．3．2 细长洞口和宽扁洞口

4．4 洞口排列方式对墙体受力性能的影响

4．5 洞口放置位置对墙体受力性能的影响

4．5．1 竖向方向洞口未偏置的情况

4．5．2 竖向方向洞口偏置的情况

4．5．3 水平方向洞口的情况

4．6 洞口对只受水平荷载时墙体受力性能的影响

4．7 洞口对墙体高宽比不同时墙体受力性能的影响

4．8 窗间墙高宽比和窗下墙跨高比对墙体受力性能的影响

第五章 结论与展望

5．1 本文主要结论

5．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文