砖砌体墙平面外受力性能研究

摘要

砌体结构是目前村镇住宅中应用最广泛的结构体系，在今后相当长的时期内都仍将是村镇住宅的主导结构形式。我国是一个多地震的国家，在近年来发生的多次强烈地震中砌体结构震害严重，而砌体墙在地震作用下的面外破坏也是主要表现形式之一。国内外针对砌体墙平面内抗震性能的研究开展的比较广泛，也相对比较成熟，而对其平面外荷载作用下的研究则很少。本文在调研了国内外有关砌体墙平面外受力情况的研究现状之后设计了墙体试验，采用气囊加载的方式模拟地震产生的惯性力作用，研究了4片砖墙在平面外均布荷载作用下的荷载-位移关系等基本受力性能，分别考虑了顶部竖向荷载、高厚比和砂浆强度的影响，得到了墙体的荷载-位移间关系曲线，讨论了各因素对曲线形状的影响，并从理论推导和有限元数值模拟对墙体由完好到开裂再到开裂后的受力特性进行了研究。主要成果如下：
　　 1.从墙体的破坏现象来看，主要经历了弹性变形阶段和开裂，表现出明显的脆性特征，裂缝出现在墙体底部弯矩最大处，延墙体通长开裂；
　　 2.墙体平面外受力的荷载-位移曲线受顶部竖向荷载、墙体高厚比和砂浆强度的影响。其中，顶部竖向荷载的存在，墙体高厚比的减小和砂浆强度的提高都会使曲线上升段的斜率变大（等效刚度增大），开裂荷载提高
　　 3.利用悬臂梁法和简化刚体模型的方法分别计算了墙体的开裂前刚度、开裂荷载和开裂后的荷载-位移关系，与试验值吻合较好；
　　 4.分别建立了开裂前墙体和开裂后墙体的有限元模型，通过非线性有限元分析获得了墙体的初始刚度和开裂荷载及开裂时的墙顶位移，与试验实测值及悬臂梁法计算值吻合较好；
　　 5.建议墙体面外抗震性能评价分为两个阶段考虑：首先是开裂前由墙体的强度（开裂强度Fc）控制，当墙体在地震作用下开裂后，则改为位移控制方法。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 结构抗震设计研究的发展

1.3 墙体平面外抗震性能的研究概况

1.3.1 国外对墙体平面外抗震性能的研究

1.3.2 国内对墙体平面外抗震性能的研究

1.4 本文主要研究内容

第2章 砖墙面外受力性能试验

2.1 引言

2.2 材料性能

2.2.1 材料的选用

2.2.2 材性试验

2.3 试件设计与制作

2.3.1 试件设计

2.3.2 试件施工方法

2.4 试验装置及测量方案

2.5 试验加载方案

2.6 本章小结

第3章 试验结果与分析

3.1 试验结果

3.2 试验数据对比分析

3.2.1 实测结果分析

3.2.2 顶部竖向荷载影响分析

3.2.3 墙体高厚比的影响分析

3.2.4 砂浆强度的影响分析

3.2.5 残余位移和耗能情况分析

3.2.6 极限侧移的分析

3.3 本章小结

第4章 墙体面外受力简化模型

4.1 开裂前墙体简化模型

4.1.1 开裂前刚度计算

4.1.2 开裂荷载计算

4.2 开裂后墙体简化模型

4.2.1 静力分析模型

4.2.2 动力分析模型

4.3 试验墙体简化模型分析

4.3.1 开裂后墙体面外受力曲线

4.3.2 试验墙体面外受力曲线

4.4 本章小结

第5章 砖砌体墙面外非线性有限元计算分析

5.1 引言

5.2 墙体开裂的非线性有限元计算

5.2.1 基本假定

5.2.2 有限元单元的介绍

5.2.3 材料本构关系及破坏准则

5.2.4 非线性有限元方程的求解

5.2.5 有限元模型

5.2.6 有限元分析结果

5.3 墙体开裂后的非线性有限元计算

5.3.1 显示非线性动力有限元ANSYS/LS-DYNA简介

5.3.2 计算模型

5.3.3 有限元分析结果

5.4 试验墙体面外受力曲线对比分析

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

附录 砖墙平面外低周反复荷载试验研究

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢