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混凝土砌块砌体基本力学性能试验研究与非线性有限元分析

摘要

混凝土砌块的应用和发展虽有一百多年的历史,但对于砌块砌体及其结构,不管是在理论研究方面,还是在试验研究方面都还存在一系列问题,还需要进一步的研究。本文针对混凝土砌块砌体的基本力学性能和非线性进行了试验研究和理论分析,主要研究成果和结论概况如下:未灌芯混凝土砌块砌体轴心受压时,自加载直至破坏,按照裂缝的出现和发展特点,如普通砖砌体那样,受压过程可划分为三个受力阶段,但它破坏时呈现出较普通砖砌体更为明显的脆性特征,并且砌体内裂缝数量较砖砌体的少得多;与未灌芯砌体相比,灌芯砌体的开裂荷载要高,砌体内的裂缝数量要多、细些,极限荷载明显提高;灌芯砌体破坏时,砌体外壳和芯柱混凝土最终均被破坏,砌块与芯柱粘结较好,砌块和芯柱混凝土能够较好地共同发挥作用;采用应力法和应变法分别建立灌芯砌体的抗压强度计算公式;通过对试验数据的回归分析和对已有的本构关系表达式的借鉴,提出了较为合理的描述未灌芯砌体和灌芯砌体本构关系的公式。通过分析比较可以看出灌芯砌体的应力一应变曲线要比未灌芯砌体呈现出更为明显的非线性特征。;在得到应力一应变关系表达式的基础上,提出了未灌芯砌体和灌芯砌体弹性模量的计算公式,计算值与试验值符合较好;通过对试验数据的回归分析和借鉴传统砌体的泊松比计算公式,提出了未灌芯砌体的泊松比计算公式,计算值与试验值吻合较好;砌体沿通缝截面受剪有两种破坏形态:沿砂浆面和沿块体面破坏,无论是沿砂浆面还是沿块体面破坏都表现出一种冲切破坏特征,但因芯柱混凝土的加人,试件不会立即破坏,较大地提高了砌体的抗剪强度;通过对砌体抗剪强度破坏理论分析,利用Hoffman强度准则和双剪强度准则分别建立灌芯砌体的抗剪强度计算公式,本文公式较现行规范公式考虑的更为全面、合理,与试验结果吻合较好,为从理论上建立砌体抗剪强度公式作了有益的探讨;通过对主拉应力破坏理论和库仑破坏理论及墙体抗剪时的三种破坏形态的分析,得到了一种新的强度理论即拉摩强度理论;利用ANSYS单元库中的SOLID65单元,建立有限元模型,对试验过程进行模拟分析,结果表明,所选模型具有可行性,为进一步进行混凝土砌块砌体非线性分析,提供了强有力的分析工具;通过砌体强度有限元分析,了解了影响砌块砌体抗压和抗剪强度的主要因素,并进一步证实了本文提出的砌体强度公式是可行的;通过墙体有限元分析,了解了δ0对墙体抗剪强度的影响。在轴压力不大的情况下,随着δ0的增加,墙体的抗剪能力、变形能力均增大。

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