巴基斯坦砖砌体的力学性能试验及数值模拟

论文摘要

2005年克什米尔地震导致了79000多人的死亡,这次地震是发生在巴基斯坦和印度次大陆的最严重的自然灾害之一。在地震中发生倒塌的大多数建筑物属砌体结构。施工质量低劣和不合理的设计是结构倒塌的主要原因,所以必须采取有效的措施来提高该地区砌体结构的抗震性能。基于以上情况,巴基斯坦白沙瓦大学委托中国地震局工程力学研究所进行了砖砌体抗震性能伪静力试验,本论文即是对此次试验的总结和分析。本文首先对采用巴基斯坦传统砌筑方式的砖砌体构件的抗压、抗剪等基本力学性能进行了试验研究,一方面获得了对传统巴基斯坦砖砌体破坏过程的深入认识,另一方面验证了相关的砖砌体构件力学性能参数分析理论。之后在分析和总结试验结果的基础上,对墙片的非线性破坏过程分两种方式进行了数值模拟。本论文可以为巴基斯坦砖砌体结构的抗震研究提供宝贵的试验数据,也可以为我国既有砖砌体结构的非线性破坏过程的数值模拟分析提供借鉴。通过研究获得的主要结果如下:1.本文通过参考大量的文献,说明了砖砌体结构的研究现状。简要阐述了砖砌体结构发展历程以及砖砌体结构的研究方法。2.通过伪静力试验,研究了采用巴基斯坦传统砌筑方式的砌体构件在往复荷载作用下的非线性破坏过程。3.试验结果表明,传统巴基斯坦砖砌体在轴压作用下,由于砂浆和砖块的变形能力不同,往往是由于砖块受拉开裂进而导致砖砌体结构的破坏。4.砖砌体抗剪试验发现,正压力是影响砖砌体抗剪强度的重要因素。同时指出,砖砌体构件在外力作用下的变形主要来自于砖块之间的砂浆变形。5.试验发现,砖砌体墙片在剪压作用下的破坏既非传统理论认为的单纯的因砂浆抗拉强度不足而引起的最大拉应力破坏,也非单纯的因砂浆与砖块之间的摩擦力不能抵抗外力作用而引起的剪摩破坏,而是二者皆有的由最大拉应力破坏形式向剪模破坏形式逐步过渡的过程。剪压作用下墙片的破坏过程可分为三个阶段:(一)墙片未开裂或者微裂纹阶段,墙片的开裂是由于砂浆的主拉应力超过其抗拉强度而产生的;(二)墙片开裂但未完全贯通阶段,墙片裂缝的扩展是由于未发生开裂的砂浆抗拉强度不足和已开裂砂浆与砖块的摩擦力不足双重作用引起的;(三)裂缝完全贯通阶段,此时墙片完全靠砂浆与砖块的剪摩作用来抵抗水平外力,所以这个阶段裂缝的扩展完全是由于砂浆与砖块的摩擦力不足导致的。6.本文在总结试验与他人工作的基础上,分别采用整体式模型和分离式模型对被试验墙片的非线性破坏过程进行了有限元数值模拟。模拟结果发现,整体式数值模拟方法比较简便,但随砖砌体墙片破坏程度的加深模拟结果的偏差愈来愈大,分离式数值模拟的方法繁琐费时,但其模拟结果与实际试验结果较接近。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 砌体结构发展概况
• 1.3 砌体结构的研究现状
• 1.3.1 国内砌体结构研究现状
• 1.3.2 国外砌体结构研究现状
• 1.4 本文主要研究内容及安排
• 第二章 砖砌体构件力学性能试验
• 2.1 砖砌体材料试验
• 2.1.1 粘土砖抗压试验
• 2.1.2 粘土砖抗折试验
• 2.1.3 石屑筛分试验
• 2.1.4 砂浆最优水灰比试验
• 2.1.5 砂浆试块强度试验
• 2.2 砖柱抗压试验
• 2.2.1 试验要点
• 2.2.2 试验步骤
• 2.2.3 砖柱抗压分析
• 2.2.4 试验数据
• 2.2.5 数据分析
• 2.3 粘土砖砌体抗剪试验
• 2.3.1 试验要点
• 2.3.2 试验步骤
• 2.3.3 试验数据
• 2.3.4 数据分析
• 2.3.5 试验总结
• 2.4 粘土砖砌体剪切模量测定试验
• 2.4.1 试验要点
• 2.4.2 试验步骤
• 2.4.3 试验数据与分析
• 2.5 砖砌体墙片抗震性能试验
• 2.5.1 试验要点
• 2.5.2 试验步骤
• 2.5.3 试验数据及分析
• 2.5.4 试验总结
• 第三章 砖砌体墙片非线性破坏过程的数值模拟
• 3.1 砖砌体结构数值模拟的建模思路
• 3.1.1 砖砌体结构理想化
• 3.1.2 砖砌体结构的模拟方法
• 3.2 砖砌体结构的数值模拟
• 3.2.1 砖砌体数值模拟的主要问题
• 3.2.2 砖砌体数值模拟的典型举例
• 3.2.3 本文对试验墙片的数值模拟
• 第四章 结语
• 4.1 本文完成的工作总结
• 4.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 在所期间主要参与的实践活动