密肋复合墙体损伤演化规律及损伤模型研究

论文摘要

密肋复合墙结构是一种生态、节能、减震型建筑结构新体系。到目前为止,已经在理论及应用上取得了重要的阶段性成果。然而在密肋复合墙体的损伤研究方面尚不完善,特别是地震作用下墙体材料、框格及墙体结构的损伤演化规律,墙体损伤评价以及墙体在蒸养生产时温、湿度条件下损伤控制等方面还有待进一步深入研究,以便为研究该结构的耗能减震机理及耐久性能提供有效途径。本文以密肋复合墙体为研究对象,从墙体填充材料、框格、结构层面对上述内容进行了较为详细的研究,完成的主要工作及成果如下:1.进行了轻质多孔混凝土材料的基本力学性能试验研究。通过蒸压加气混凝土和泡沫混凝土材料力学性能试验,得到了材料的立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、弹性模量及应力—应变全曲线等,为墙体结构的有限元计算提供了试验依据。2.提出了轻质多孔混凝土多轴强度准则及弹脆塑性损伤本构模型。根据轻质多孔混凝土的破坏特征,提出了四参数强度准则模型;根据轻质多孔混凝土材料的弹脆塑性,以四参数强度准则模型为基础,建立了轻质多孔混凝土弹脆塑性损伤本构模型,并与试验数据对比验证了模型的合理性。3.建立了密肋复合墙体框格单元宏观损伤模型。在框格单元损伤破坏和能量耗散机理分析的基础上,考虑材料损伤提出了损伤纤维杆元刚架单元和拉压斜杆损伤单元,建立了框格单元宏观损伤模型。并在前期弹塑性有限元分析程序MRCS的基础上二次开发了宏观损伤分析程序MRCS-D,模拟了框格单元的损伤破坏过程,得到了各单元的损伤值,即局部损伤指标LDI。4.进行了密肋复合墙体整体损伤分析及构件耗能贡献率研究。基于能量理论与方法,由局部损伤指标LDI构造了一种可以用于评估结构的整体损伤指标GDI,合理解释了密肋复合墙体从材料细观损伤到结构宏观损伤的演化规律,并运用整体损伤指标将密肋复合墙体的损伤破坏过程划分为5个性能水平。同时,计算了各构件在破坏过程中的耗能贡献率并揭示了其相互转化规律。5.进行了温、湿度场下密肋复合墙体损伤研究。以框格单元为研究对象,进行了温、湿度传导机理及温、湿度损伤的研究,提出了温、湿度损伤弹性本构模型,运用有限元方法进行了数值模拟,量化了温、湿度因素在墙体损伤中的作用,分析了墙体损伤的原因,提出了控制裂缝的有效措施。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 密肋复合墙结构研究背景
• 1.2 密肋复合墙结构概况
• 1.2.1 密肋复合墙结构构成及特点
• 1.2.2 密肋复合墙结构研究现状
• 1.2.3 密肋复合墙结构损伤研究
• 1.2.4 关于损伤研究的不足
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 损伤的概念
• 1.3.2 混凝土损伤模型
• 1.3.3 砌体填充框格结构
• 1.3.4 温、湿度理论及温、湿度损伤
• 1.4 本文研究内容、路线及创新点
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究技术路线
• 1.4.3 本文创新点
• 第2章 轻质多孔混凝土力学试验及多轴强度准则模型研究
• 2.1 引言
• 2.2 轻质多孔混凝土力学性能试验
• 2.2.1 试验概述
• 2.2.2 试验结果与分析
• 2.3 轻质多孔混凝土多轴强度准则模型
• 2.3.1 土木工程材料多轴强度准则综述
• 2.3.2 轻质多孔混凝土四参数强度准则模型
• 2.4 小结
• 第3章 轻质多孔混凝土弹脆塑性损伤本构模型
• 3.1 引言
• 3.2 脆性材料本构模型综述
• 3.2.1 混凝土损伤本构模型
• 3.2.2 岩石弹脆塑性本构模型
• 3.3 轻质多孔混凝土弹脆塑性损伤本构模型
• 3.3.1 损伤本构方程
• 3.3.2 塑性演化法则
• 3.3.3 损伤演化法则
• 3.4 本构模型验证
• 3.4.1 数值实现方法简介
• 3.4.2 程序编制
• 3.4.3 计算结果
• 3.5 小结
• 第4章 密肋复合墙体框格单元宏观损伤模型
• 4.1 引言
• 4.2 框格单元损伤机理分析
• 4.2.1 空框格受力机理与破坏模式
• 4.2.2 框格单元受力机理与破坏模式
• 4.2.3 损伤机理分析
• 4.3 框格单元宏观损伤模型
• 4.3.1 斜杆单元
• 4.3.2 刚架单元
• 4.4 损伤变量的定义
• 4.4.1 斜杆单元损伤变量
• 4.4.2 刚架单元损伤变量
• 4.5 损伤分析程序编制及验证
• 4.5.1 损伤分析程序编制
• 4.5.2 框格单元试验
• 4.5.3 结果对比及分析
• 4.6 小结
• 第5章 密肋复合墙体整体损伤分析与评估
• 5.1 引言
• 5.2 整体损伤指标
• 5.2.1 传统损伤指标
• 5.2.2 整体损伤指标
• 5.3 密肋复合墙体整体损伤分析
• 5.3.1 框格单元试件算例
• 5.3.2 墙体试件算例
• 5.4 密肋复合墙体损伤评估
• 5.4.1 密肋复合墙体的传统损伤评估
• 5.4.2 性能水平的确定
• 5.5 小结
• 第6章 温、湿度场下密肋复合墙体损伤研究
• 6.1 引言
• 6.2 温、湿度场数学模型的建立
• 6.2.1 温、湿度场传导控制方程的建立
• 6.2.2 框格单元的温、湿度场分布
• 6.3 考虑损伤的温、湿度弹性本构模型
• 6.3.1 热应力的求解
• 6.3.2 温、湿度损伤演化方程的建立
• 6.3.3 考虑损伤的弹性本构模型
• 6.4 算例
• 6.4.1 模型的建立
• 6.4.2 温、湿度作用
• 6.4.3 控制方程及定解条件中参数的确定
• 6.4.4 结果分析
• 6.5 墙板生产工艺方法的改进
• 6.5.1 各工况比较
• 6.5.2 开裂机理分析
• 6.5.3 墙板生产工艺方法改进
• 6.6 小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 主要工作及结论
• 7.2 建议与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集