灌芯砌块砌体与配筋砌块砌体力学性能研究

发布时间：2018-04-11 20:34

本文选题：砌块砌体 + 配筋砌块砌体　；参考：《哈尔滨工业大学》2017年博士论文

【摘要】：配筋砌块砌体结构是通过砌块砌体块型设计,实现在纵横连通孔洞内配筋灌芯后所形成的结构体系。其不仅具有良好的力学性能和施工效率,而且具备节能、节地、节水、节材和保护环境的绿色建筑特征,适用高度可拓展至中高层及高层建筑,世界范围内都具有广阔的发展前景。并且,配筋砌块砌体结构体系能够满足我国城乡工程建设需求和适应国家防震减灾战略需要,为砌体结构的发展方向。目前,现行国家标准《砌体结构设计规范》中对砌块砌体基本力学性能指标的规定是基于无筋砌体提出的,所提的指标既不能完全适应配筋砌块砌体的需要,又不完善,尤其是未提及单轴受压和通缝抗剪的应力-应变曲线;并且对于配筋砌块砌体结构的模拟分析,缺乏专用的有限元单元和材料模型,均制约了配筋砌块砌体结构的应用与发展。针对上述情况,本文开展砌块砌体的基本力学性能和配筋砌块砌体剪力墙抗剪性能模拟的研究,主要工作及结果如下:(1)为研究砌块砌体的抗压性能,设计完成了5种材料强度匹配的36件灌芯砌块砌体标准件试验,总结了空心砌体试件和灌芯砌体试件的破坏模式,分析了砌块强度、芯柱混凝土强度和加载方式对砌块砌体抗压强度的影响。而后,结合统计数据验证砌体弹性模量计算公式的准确性。试验中量测获得砌块砌体单轴受压下的应力-应变曲线,通过非线性拟合,建立考虑砌体强度参数的灌芯砌体受压应力-应变关系;并提出了灌芯砌体在单轴受压往复加载作用下的塑性应变演化规律。最后,统计既有研究的灌芯砌体单轴受压应力应变全曲线关系和试验数据,并与本文提出的应力-应变曲线关系对比,结果表明本文提出的模型效果较其它模型更准确,与试验结果符合良好。(2)为开展数值计算手段分析砌块砌体的抗压性能,针对灌芯砌体的抗压强度进行了人工神经网络建模,对砌块砌体的抗压性能开展实体单元的有限元模拟。结合本试验数据共统计566件灌芯砌体抗压强度试验结果,建立以灌芯混凝土面积与砌体毛截面比值、砌块抗压强度、砂浆抗压强度和灌芯混凝土抗压强度为输入层,砌体抗压强度为输出层的人工神经网络模型,并提出简化计算公式,预测结果优于既有强度计算公式。采用ABAQUS建立砌块砌体单轴受压下的实体单元确定性有限元模型,通过引入材料的空间变异性,建立了蒙特卡罗随机有限元模型,对比两种模型发现,随机有限元模型在砌块砌体的强度计算和应力-应变曲线的预测方面与试验结果更吻合,均优于确定性有限元模型。(3)为研究砌块砌体的通缝抗剪性能和配筋砌块砌体剪力墙的抗剪强度,完成了35件灌芯砌体的通缝抗剪试验,总结分析了空心砌体和灌芯砌体在有无压应力作用下的破坏模式。分析组成材料的强度变化对砌块砌体抗剪强度的影响,并结合统计的177件抗剪强度试验结果,评价既有强度计算模型的准确性,并依据试验数据拟合,提出灌芯砌块砌体的抗剪荷载位移曲线方程,与试验吻合良好。对于配筋砌块砌体剪力墙的抗剪承载力,统计既有公式并建立了11个输入参数的人工神经网络模型和自适应神经模糊推理系统,表明人工智能算法在84件剪切破坏的墙体样本内具有良好的预测结果。(4)基于Open Sees开源有限元平台,建立了砌块砌体弯剪耦合单元的修正多垂直杆模型,引入试验获得的灌芯砌体受压本构模型和简化的裂缝界面剪切滑移关系,考虑砌体灰缝角度的软化影响,开展了配筋砌块砌体剪力墙抗剪性能的模拟分析工作。选取6片290mm厚配筋砌块砌体剪力墙抗震性能试验结果,同时建立梁柱单元宏观有限元模型和非弯剪耦合的梁柱单元有限元模型进行对比分析,结果表明:弯剪耦合多垂直杆模型能够较好地预测试件的峰值承载力、峰值变形、骨架曲线和刚度退化,且滞回曲线具有明显的捏缩效应。修正的多垂直杆模型可用于配筋砌块砌体剪力墙抗剪性能的模拟。
[Abstract]:In this paper , the stress - strain curve of concrete block masonry structure is analyzed by means of non - linear fitting . The results show that the model effect is more accurate than other models and the results are in good agreement with the experimental results . ( 2 ) In order to carry out numerical calculation , an artificial neural network model is established for the compressive strength of building block masonry .

【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU364

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