藏式石砌体静力性能研究

发布时间：2020-10-09 07:53

　　藏式石砌体是西藏典型传统建筑形式之一——土石木结构的重要组成部分,与木构架共同承担竖向和水平荷载作用,直接关系到结构安全。以石砌体作为主要承力构件的传统藏式建筑不仅包含了许多举世闻名的文物建筑,同时也包含大量普通民用建筑。藏式石砌体在材料组成和结构分布方面都有别于常见的各类料石或毛石砌体。目前,对于藏式石砌体结构性能的研究基本处于空白状态,对于服役中藏式石砌体所常见的开裂等损伤现象的产生原因和危险程度尚不明确,对其抗压和抗剪性能也缺乏足够的了解;同时由于藏式石砌体独特的结构特征,目前缺少合适的结构计算模型和计算方法。因此,对藏式石砌体的受力性能进行系统研究,可为藏式建筑结构性能的深入研究打下良好的基础,为结构安全评估提供科学依据。本文以藏式石砌体为研究对象,利用试验研究与理论分析相结合的方法,对藏式石砌体的抗压性能、抗剪性能、等效力学参数和结构评估方法进行了较为详细的研究,完成的主要研究工作如下:(1)通过调研总结了藏式石砌体的砌筑工艺,并根据砌筑工艺和砌筑完成后的砌体形态,分析了藏式石砌体的特性和结构特征。与常见毛石砌体相比,藏式石砌体在结构上具有一些独特特征,会明显影响墙体的结构性能。主要包括:平面内块石层与片石层交替堆叠,具有准周期性和弱正交各向异性;各层石材平放,每层内石块高度基本一致,垂向荷载在层间的传递方式接近于以均布荷载逐层向下累积;高大墙体和砌筑于山上的墙体常采用底部加厚,向上逐渐内收的“收分”做法,对整体稳定性有利;咬槎和泥浆的粘合作用使得整体性较好。结构特征分析为后续试验设计、结构性能分析、数值等效分析的模型简化等工作打下了基础。同时总结了藏式石砌体的常见损伤类型,为后续损伤识别和结构安全性评估工作提供了借鉴实例。(2)通过试验研究了藏式石砌体的抗压性能。首先进行了石材抗压强度试验,和藏式石砌体特有的粘结材料——泥浆的抗压性能试验。对泥浆的试验研究结果表明,黄土加水拌制的泥浆固化后强度较低,压缩性较强,介于塑性和液限之间的初始含水率对于固化后泥浆强度的影响很小。此外,呈水平灰缝状态、填充于石块间的泥浆层在受压全过程会持续被压实和传力。考虑到藏式石砌体的结构特征和随机性分布特性会导致模拟真实砌体有一定困难,设计了三种不同的石砌体试件,进行了轴心受压试验。其中,通过缩尺棱柱砌体试验获得了石材与泥浆相互作用而导致砌体出现损伤直至破坏的机理,并获得了开裂前无量纲化的二段式本构关系表达式;通过足尺棱柱砌体试验验证了本构关系表达式的适用性,同时获得了带有竖向灰缝的藏式石砌体的损伤演化过程以及可供参考的抗压极限强度值;通过同等环境下的足尺墙体抗压试验获得了藏式石砌体的弹性模量参考区间,并观察到了开裂发生等一些有价值的真实损伤。三种试验的目的和意义不同且可以互补。(3)通过试验研究了藏式石砌体的抗剪性能。首先通过双剪试验获得了藏式石砌体灰缝抗剪损伤机理和抗剪强度,该部分研究是进行抗剪、抗震方面研究的基础性工作。灰缝抗剪试验表明,藏式石砌体中泥浆的粘结能力较差,抵抗剪力主要依靠和正应力有关的摩擦力,藏式石砌体的灰缝抗剪强度可用剪摩理论形式的表达式进行计算。本文试验对象为一种典型界面条件的藏式石砌体,试验获得的粘结系数和摩擦系数明显小于常见的水硬性粘结材料。其次,利用Mann-Muller和Calderini分别提出的两种理论模型,推导获得了灰缝抗剪强度和砌体整体抗剪强度的关系式,并利用其他学者的试验数据进行了验证。该关系式可适用于相关研究条件匮乏时对于藏式石砌体抗剪能力的估计。(4)为了能够采用均匀化数值模型对藏式石砌体进行整体性结构计算,研究了砌体等效力学参数数值计算方法。该方法的理论基础是由应变能守恒和不同材料协同变形条件发展而来的分层匀质化理论,可将多种材料组成的砌体结构等效为由各向异性的匀质化材料组成的结构。本文以具有多个代表层的砌体为研究对象,提出了基于匀质化理论的数值计算方法,不仅适用于藏式石砌体,同样可应用于其他砌体结构。利用藏式石砌体抗压试验结果和其他学者的试验数据,对等效力学性能计算方法进行了验证,并对典型石材和灰缝尺寸条件下的藏式石砌体各向等效弹性模量进行了计算。(5)采用模糊综合评价和层次分析法,研究了藏式石砌体的结构安全性评估方法。首先,结合藏式石砌体的独有特征和损伤演化机理,提出了藏式石砌体构件安全性模糊评估方法,利用实验室试验结果进行了方法验证。其次,提出了建议性的藏式建筑多层次安全评估的层级划分、结构体系与构造应满足的最低要求,以及结构可靠性综合评估的流程,为藏式建筑的评估工作提供了参考。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU364
【部分图文】：

藏式建筑,混合结构

藏式建筑按其用材来划分，主要有土木、石木、土石木混合结构。其中一种逡逑十分典型和普遍的结构体系为：外部采用由石材和土材砌筑而成的石墙，内部采逡逑用木梁柱构架的混合结构形式，可称之为“土石木混合结构”，其特征可用“外刚逡逑内柔”来描述，如图１．２所示。从结构受力的角度来看，藏式土石木结构主要由墙逡逑

试件尺寸,砌体,受压,试件

（ａ）邋Ｆｒｏｎｔ邋ｖｉｅｗ逦（ｂ）Ｓｉｄｅ邋ｖｉｅｗ逡逑图１．４邋ＥＮ１０５２－１建议的试件类型逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｍａｓｏｎｒｙ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎ邋ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ邋ｂｙ邋ＥＮ１０５２－１逡逑表Ｕ邋ＥＮ１０５２－１对于受压砌体试件尺寸的规定逡逑Ｔａｂ．邋１．１邋Ｓｍａｌｌ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎ邋ｓｉｚｅｓ邋ｆｏｒ邋ｔｅｓｔｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ邋ｓｔｒｅｎｇｔｈ邋ｏｆ邋ｍａｓ块材尺寸逦试件尺寸

抗震试验,抗剪,设备

逦第１章绪论逦逡逑中会承受较多的地震力，更导致砌体结构在地震中常常表现出较弱的抗震能力和逡逑较大的危险性。石砌体在地震中的震害普遍较为严重，其抗剪和抗震性能是国内逡逑外所重点关注的研究领域［４８１。逡逑１．２．２．１试验研究逡逑国外学者对石砌体的抗剪和抗震性能的试验研究较多，试件既有代表性单元逡逑试件也有足尺墙体。试验对象从小到大依次为：受剪的灰缝、承受水平荷载的小逡逑砌体以及整道墙体。试验方法包括压剪试验、对角加荷试验、振动台试验等。其逡逑中压剪试验包括两种，单调加载的静力试验和水平往复加载的拟静力试验；对角逡逑加荷试验为静力试验，振动台试验则是动力试验。各种试验方法所采用的试验装逡逑置见图邋１．６。逡逑

【参考文献】