砌体基本力学性能数值模拟分析与破坏准则研究

论文摘要

本文通过综述现有试验资料,对砌体结构的数值模拟方法进行了深入研究;并借助该方法对砌体已有试验做了有限元模拟分析;在Tsai-Wu张量多项式和试验的基础上,提出了砌体的破坏准则公式。主要研究成果如下:（1）结合国内外已有试验的材料参数和模型,选择砖、砂浆合理的本构关系和弹性模量、峰值应变与极限应变、泊松比等材料参数,用于ANSYS软件建立砌体标准抗压试验试件的有限元模型;砂浆层的有限元模型按三层单元精细建模,并按实际情况考虑竖向灰缝强度折减50%。对砌体在压力作用下的全过程进行有限元模拟分析,并将有限元分析的结果与试验比较分析,验证了所提出材料模型用于有限元分析和有限元分析结果的正确性和合理性。（2）基于材料力学的应力转换公式,提出砌体水平灰缝与主应力方向呈不同夹角的有限元分析等效模型,采用ANSYS有限元软件建立砌体在水平灰缝与主应力方向呈不同夹角时的双轴受力作用下的有限元模型,模拟砌体在不同水平灰缝与主应力夹角和不同应力比作用下的破坏全过程,通过将抗压强度、应力应变关系、破坏特征与试验结果对比验证了有限元分析的正确性与合理性。（3）在Tsai-Wu张量多项式和试验的基础上,构造出砌体平面受力状态下三应力参数的破坏准则;并引入材料力学的应力转换公式,将破坏准则转换为以主应力和主应力与材料主轴夹角为参数的公式。同时,结合国内灌芯砌体的试验结果,利用最小二乘法确定相关参数,形成可适用于工程实际应用的三次多项式破坏公式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 砌体结构的发展与理论研究
• 1.1.1 砌体结构的发展
• 1.1.2 砌体结构的理论研究
• 1.2 有限元法简介
• 1.3 有限元分析对砌体结构研究的意义
• 1.4 砌体有限元分析的研究现状
• 1.4.1 微观模型
• 1.4.2 宏观模型
• 1.5 国内外已有破坏准则研究成果
• 1.5.1 多种强度准则描述各种破坏形态
• 1.5.2 双向受弯破坏准则
• 1.5.3 构造二次函数破坏准则
• 1.5.4 双轴受力破坏准则
• 1.6 本文主要研究内容
• 第二章 砌体的基本力学性能有限元模拟分析方法研究
• 2.1 单元选择
• 2.1.1 Solid65 单元简介
• 2.2 本构关系及破坏准则
• 2.3 砖和砂浆的本构关系
• 2.3.1 砖的本构关系
• 2.3.2 砂浆本构关系
• 2.3.3 砖和砂浆的弹性模量
• 2.3.4 峰值应变和极限应变
• 2.3.5 砖、混凝土砌块、砂浆的泊松比
• 2.3.6 非线性求解相关参数设置
• 第三章 竖向荷载作用下砌体的有限元模拟分析
• 3.1 已有试验研究
• 3.2 有限元模型
• 3.3 计算结果分析
• 3.3.1 砌体应力应变曲线
• 3.3.2 弹性模量
• 3.3.3 泊松比
• 3.3.4 极限荷载分析
• 3.3.5 破坏特征分析及应力分布
• 3.4 本章小结
• 第四章 砌体双向受力模型非线性有限元分析
• 4.1 已有试验研究
• 4.2 有限元模型
• 4.2.1 等效模型
• 4.2.2 有限元模型的建立
• 4.3 PAGE A.W 模型有限元分析
• 4.3.1 材料属性
• 4.3.2 有限元分析
• 4.3.3 结果分析
• 4.3.4 小结
• 4.4 本章小结
• 第五章 灌芯砌体的破坏准则研究
• 5.1 破坏准则研究
• 5.1.1 构造砌体屈服准则
• 5.1.2 确定基本系数
• 5.1.3 确定待定系数
• 5.2 与试验结果比较
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A（攻读学位期间发表论文目录）