棉花秸秆草砖墙与混凝土外框协同受力及耐火性能研究

摘要

“绿色、节能、环保”已经成为21世纪的主题，随着节能及环境问题越发引起人们重视，研制新型环保墙体材料已成为建筑业的发展趋势。本文研究一种新型的填充墙体材料—棉花秸秆草砖，既能充分利用新疆丰富的农业废弃物—棉花秸秆资源，又能使广大农村住宅的保温性能得到改善。本文通过试验研究和理论分析的方法来研究棉花秸秆草砖的基本力学性能、棉花秸秆草砖填充墙与混凝土外框的协同受力情况以及棉花秸秆草砖墙体的耐火性能，通过数值分析方法对有无填充材料的框架墙体利用ABAQUS软件进行有限元模拟，再将模拟结果与试验结果进行对比，验证模型的合理性。本文具体的研究内容如下:
　　(1)在棉花秸秆草砖的密实度满足外围护墙体保温要求的情况下，采用微机控制电子万能试验机对两种密度的棉花秸秆草砖进行横压、侧压和竖压，根据力-位移曲线研究棉花秸秆草砖的承载力、极限抗压强度和弹性模量的变化是否与密度和压缩方式有关，并为后期试验研究提供相关数据。
　　(2)通过对两榀（内填棉花秸秆草砖的框架结构和内无填充材料的纯框架试验构件）墙体的拟静力试验，研究内填棉花秸秆砖填充墙对框架结构的抗震性能影响，试验结果表明棉花秸秆草砖填充墙增强了框架结构的刚度、延性、耗能等性能。
　　(3)对内填棉花秸秆草砖的墙体和内无填充材料的纯框架墙体分别利用ABAQUS软件进行加载模拟，并将有限元模拟结果和实际试验结果进行分析对比，验证模型的合理性。在模型合理的前提下根据试验构件的应力云图分析试验过程中各构件受力情况。
　　(4)根据《建筑构件耐火试验方法》（GB/T9978.8-2008）对棉花秸秆草砖砌成的非承重墙体进行耐火性能试验。实验结果表明墙体具有良好的耐火性能，耐火极限超过70min。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状与分析

1．2．1 填充墙框架结构的发展情况

1．2．2 秸秆草砖填充墙的研究现状

1．3 本文研究背景和研究内容

1．3．1 本文的研究背景和意义

1．3．2 本文的研究内容

1．3．3 本文的技术路线

第2章 棉花秸秆草砖的力学性能

2．1 引言

2．2 本试验的目的

2．3 试验材料和试验构件的制作

2．3．1 棉花秸秆草砖砌块参数的选取

2．3．2 棉花秸秆草砖的制作

2．4 试验装置和试验方法

2．5 试验过程和试验现象

2．6 试验结果分析

2．6．1 不同密度相同压缩方式下的力学性能对比分析

2．6．2 相同密度不同压缩方式下的力学性能对比分析

2．6．3 棉花秸秆草砖的弹性模量和抗压强度

2．7 本章小结

第3章 棉花秸秆革砖墙与混凝土外框的协同工作性能研究

3．1 试验墙体的概况

3．1．1 试验墙体的设计

3．2 模型墙体的相似关系

3．3 试件制作

3．3．1 钢筋混凝土外框内无填充材料构件的制作

3．3．2 钢筋混凝土外框内填棉花秸秆草砖构件的制作

3．4 试验方法

3．4．1 加载装置及设备

3．4．2 加载方案

3．4．3 测试方案

3．5 两榀墙体拟静力试验现象及分析

3．5．1 两榀试验墙体的破坏形态以及破坏过程

3．5．2 两榀墙体的抗震性能对比分析

3．6 应变片测点分析

3．7 结论

3．8 本章小结

第4章 利用ABAQUS软件对棉花秸秆草砖墙体进行数值模拟

4．1 引言

4．2 试验构件本构关系的选择

4．2．1 混凝土本构关系的选择

4．2．2 钢筋本构关系的选择

4．2．3 砂浆的本构关系

4．2．4 棉花秸秆草砖参数的选择和确定

4．3 试验构件模型的建立步骤

4．3．1 创建模型

4．3．2 定义材料属性

4．3．3 装配件

4．3．4 设置分析步

4．3．5 定义相互作用

4．3．6 定义边界条件

4．3．7 加载制度

4．3．8 单元网格的划分

4．3．9 提交分析和后处理

4．4 有限元模拟结果和拟静力试验结果对比分析

4．5 分析棉花秸秆草砖对框架受力的影响

4．6 数值模拟结果与试验结果差异性分析

4．7 本章小结

第5章 棉花秸秆草砖墙的耐火性能研究

5．1 试验墙体的制作

5．1．1 基本信息

5．1．2 构件的制作

5．2 试验设备和方法

5．3 试验现象

5．4 试验分析及试验结论

5．5 本章结论

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简历