多重随机等效桁架模型在砌体结构数值仿真中的应用

论文摘要

砌体是应用广泛的一种结构,特别是现代砌体结构具有外形美观、保温隔热、耐火性和耐久性好、抗震性能优越的特点。然而,由于砌体本身的复杂性,试验结果的离散性较大,使人们对砌体的应力应变全过程和开裂机理等认识不足。有关砌体力学特性的数值模型大多基于对砌体的宏观层次认识,其主要特点是把具有多相、非均匀性质的材料理想化为均质、连续体进行分析。这种基于平均思想的处理方法尽管可以满足工程实践,但忽略了砌体开裂过程受砌体内部材料的非均匀性控制这一重要特征,因此不足以深入表达砌体开裂过程的复杂性。目前,国际上已开始注意到从细观尺度出发,研究砌体宏观损伤与开裂过程的许多优点。本文正是基于砌体材料的非均匀性,从砌体的细观结构入手,采用文献[9]提出的多重随机等效桁架模型建立砌体的细观数值模型,对数值模型不同的单元赋予满足随机分布的力学参数以描述砌体多相材料的非均匀性,应用弹性损伤本构关系,并引入最大拉压应力准则作为损伤的阀值。在此基础上,对砌体试件的单轴压缩试验和无筋砌体墙片的剪切试验进行数值仿真,将数值试验结果从变形、承载力以及开裂性能方面与实际试验结果相对照,两者吻合较好,其一证明了本文采用的模型对砌体单轴压缩试验和剪切试验模拟结果的合理性和有效性;其二通过大量数值试验的统计规律,为今后使用该模型针对不同层次的研究问题进行分析时的相关参数(如细观单元尺寸、网格划分、强度阀值等)的选择提供一定的参考。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 砌体结构的历程和发展趋势
• 1.1.1 砌体结构的历史
• 1.1.2 近代以来砌体材料和结构形式国内发展状况
• 1.1.3 近代以来砌体材料和结构形式国外发展状况
• 1.1.4 我国砌体结构发展展望
• 1.2 砌体结构的计算机仿真策略
• 1.2.1 砌体结构采用计算机仿真分析的必要性
• 1.2.2 砌体结构计算机仿真分析现状
• 1.3 本文的研究工作及主要内容
• 第二章 砌体结构多重随机等效桁架模型的建立及分析
• 2.1 元胞自动机原理简介
• 2.1.1 元胞自动机构成及特点
• 2.1.2 多重随机等效桁架模型形成的元胞自动机几何剖分原理
• 2.1.3 多重随机等效桁架模型理论公式推导
• 2.2 多重随机等效桁架模型对砌体结构非均匀性的考虑
• 2.2.1 对砌体内部材料物理力学性质的统计描述
• 2.2.2 非均匀性的尺度问题
• 2.3 多重随机等效桁架模型的破坏准则和损伤机制
• 2.4 多重随机等效桁架模型的计算
• 2.5 关于裂缝开展及分布显示
• 2.6 多重随机等效桁架模型仿真分析程序简介与数值分析过程
• 2.6.1 前处理过程
• 2.6.2 计算求解过程
• 2.6.3 后处理过程
• 第三章 砌体标准试件单轴压缩数值试验
• 3.1 文献[10]砌体标准试件单轴压缩试验简介
• 3.2 本文模型对文献[10]砌体标准试件单轴压缩试验的模拟
• 3.2.1 数值模型与参数选取
• 3.2.2 数值模拟分析
• 3.3 本文模型对砌体单轴压缩试验的模拟策略
• 第四章 无筋砌体墙片剪切数值试验
• 4.1 剪切算例一
• 4.1.1 文献[12]无筋砌体墙片剪切试验简介
• 4.1.2 本文模型对文献[12]中无筋砌体墙片剪切试验数值模拟
• 4.1.2.1 数值模型与参数选取
• 4.1.2.2 数值模拟分析
• 4.2 剪切算例二
• 4.2.1 文献[13]无筋砌体墙片剪切试验简介
• 4.2.2 本文模型对文献[13]中无筋砌体墙片剪切试验数值模拟
• 4.2.2.1 数值模型与参数选取
• 4.2.2.2 数值模拟分析
• 4.3 不同尺度研究对象的参数选择分析
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文结论
• 5.2 本文展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢