配植物筋砌块砌体基于统一强度理论的抗剪承载力研究

摘要

砌体结构是一种古老的结构体系，经过几千年的发展其砌筑材料从单一砖石发展为各种节能环保砌块，抗震构造措施也从墙体中设置构造柱、圈梁方法向其配置纵横钢筋或砂浆中配置网状筋发展。配植物筋蒸压加气混凝土砌块砌体是一种将植物筋沿纵向铺设于水平砂浆缝中，用于改善其抗震性能的结构形式。本文采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，重点对蒸压加气混凝土砌块的基本力学性能、三榀配植物筋蒸压加气混凝土砌块墙体的抗震性能、配植物筋砌块砌体基于统一强度理论的抗剪强度计算公式等方面进行试验研究。主要研究内容与结论如下:
　　(1)针对不同强度等级蒸压加气混凝土砌块基本力学性能进行试验研究，分析砌块抗压、抗拉、抗剪性能及破坏机理，获取影响材料强度的参数α和b值，推导蒸压加气混凝土砌块基于统一强度理论的主应力表达式;对蒸压加气混凝土砌块进行静三轴试验，采用线性回归分析方法验证影响材料强度的参数α和b值;采用拉伸试验对棉花秸秆进行研究。试验结果表明:静三轴试验验证单轴力学试验的材料强度参数，且参数值α=0.5、b=0.1;棉花秸秆的平均抗拉强度、平均弹性模量分别取30.3MPa、4.1 GPa。
　　(2)对三榀1/2比例模型配植物筋蒸压加气混凝土砌块墙体进行伪静力试验，研究三榀墙体的受力过程、破坏形态与机制，对比分析墙体的滞回特性、水平承载力、变形性能、刚度退化、耗能等抗震性能。结果表明:三榀墙体试件整个受力过程可以分为裂缝前阶段、裂缝开展阶段和破坏阶段三个阶段，不配筋墙体PBW-1试件发生剪摩滑移破坏，配筋墙体PBW-2试件发生剪摩-剪压滑移破坏，配筋加外框墙体PBW-3试件发生剪压-斜压破坏;墙体PBW-2、PBW-3试件中植物筋有限阻碍裂缝延伸、增加，从而使其抗剪承载力和抗震性能较墙体PBW-1试件得到明显改善，墙体PBW-3试件中钢筋混凝土外框与植物筋的相互耦合作用对抗震性能提高更为显著，钢筋混凝土外框不仅提高配植物筋砌块砌体的抗剪承载力，还可以改变砌体结构延性较差的弱点。
　　(3)结合三榀墙体受力特点及破坏模式，提出配植物筋砌块墙体的斜压杆简化计算模型，推导配植物筋砌块墙体基于统一强度理论的抗剪承载力计算公式;基于ABAQUS有限元软件建立三榀配植物筋蒸压加气混凝土砌块墙体以及其他不同工况下配植物筋砌块砌体的数值模型，进行数值模拟分析。试验结果表明:推导抗剪承载力公式计算结果与试验结果相差较小;ABAQUS数值模型的骨架曲线基本趋势与三榀墙体试验吻合的较好;砌块和砂浆强度等级、配筋率、竖向压力、有无外框是影响配植物筋砌块墙体抗剪承载力主要因素;推导抗剪承载力公式计算模型墙体结果与有限元模拟结果相差较小。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状与分析

1．2．1 砌块砌体抗剪性能研究

1．2．2 配筋砌体应用与研究

1．2．3 砌体抗剪强度理论和抗剪强度计算公式

1．3 本论文主要研究内容及目标

第2章 材料基本力学性能试验研究

2．1 蒸压加气混凝土砌块基本力学性能试验研究

2．1．1 材料抗压及抗拉试验

2．1．2 材料抗剪强度试验

2．2 基于统一强度蒸压加气混凝土砌块主应力表达式

2．2．1 材料强度理论参数α和b

2．2．2 材料统一强度理主应力表达式

2．3 蒸压加气混凝土砌块静三轴试验

2．3．1 试验概况

2．3．2 试验现象及结果分析

2．3．3 统一强度理论主应力表达式验证

2．4 棉花秸秆拉伸性能试验

2．4．1 试验材料与方法

2．4．2 棉花秸秆抗拉强度和弹性模量

2．5 本章小结

第3章 配植物筋蒸压加气混凝土砌块砌体抗震性能研究

3．1 试验概况

3．1．1 试件墙体设计与制作

3．1．2 材料的基本力学性能

3．1．3 试验加载方案

3．2 三榀墙体试验现象及破坏机理

3．2．1 试验破坏过程与试验现象

3．2．2 墙体破坏形态和破坏机制分析

3．3 三榀配植物筋墙体抗震性能对比分析

3．3．1 滞回曲线

3．3．2 骨架曲线

3．3．3 承载力分析

3．3．4 变形性能

3．3．5 刚度退化

3．3．6 耗能性

3．4 本章小结

第4章 配植物筋砌块砌体基于统一强度理论的抗剪强度研究

4．1 基于统一强度配植物筋砌块砌体抗剪承载力计算

4．1．1 现有砌体抗剪强度基本理论与统一强度理论

4．1．2 配植物筋砌块砌体抗剪强度公式推导

4．1．3 配植物筋砌块墙体抗剪强度公式验证

4．2 ABAQUS有限元模拟和试验验证

4．2．1 有限元软件ABAQUS应用

4．2．2 建立数值模型

4．2．3 有限元模拟结果与试验结果对比分析

4．3 配置植物筋砌块砌体抗剪性能影响因素的分析

4．3．1 不同工况有限元墙体模型建立

4．3．2 砌块的影响

4．3．3 砂浆的影响

4．3．4 配筋率的影响

4．3．5 竖向压力的影响

4．3．6 外框的影响

4．3．7 数值模型结果与公式计算结果对比分析

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简历