土坯砌体等效体积单元和土坯墙片的分析

论文摘要

土坯是一种传统的建筑材料,虽然现代建筑材料和结构形式逐渐取代了传统的民居房屋,但是随着地震安全和农村建设工作越来越为人们所重视,土坯砌体建筑以其取材方便、施工简单和具有可再生性等特点,近几年也越来越被众多学者研究,但主要依赖试验来分析其受力性能等。本文采用ABAQUS软件,应用弹塑性有限元模拟方法,对土坯砌体等效体积单元和土坯墙片进行研究分析。首先,选取合适的传统土坯砌体RVE,对传统土坯砌体RVE进行了单向受力下的力学性能模拟,得出三个方向的抗压、抗拉强度；在不同轴压比的情况下,模拟分析了传统RVE在单向剪压复合受力情况下的力学性能；并求取传统RVE的等效弹性模量和泊松比。其次,应用传统RVE等效出的参数,模拟了墙片PQ-1。结果表明这一数值模拟比较切合实际,从而说明了用RVE作为其组成相的替代,来描述整体是合理可靠的,也从侧面反映了有限单元法与砌体均质化理论在某些方面的相通之处。再次,设计了6种不同配竹筋率的RVE,对它们进行x、y和z三个方向的单轴抗压和抗拉模拟；并对它们在y向受压,+x向受剪进行了模拟；计算它们的等效弹性参数。通过分析得出：竹筋率对RVE配竹筋方向的力学性能影响较大。最后,在等效参数基础上,通过对四种不同厚度的土坯墙在五种不同洞口尺寸的影响下进行有限元弹塑性模拟,并与未开洞口的墙进行对比。得出减小洞口尺寸能有效提高墙片的抗剪承载力,并求出各土坯墙的延性系数和侧移角。由于作者水平的限制,本文还有很多工作需要进一步研究和完善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 农村建设和地震安全工程
• 1.1.1 农村房屋地震安全工程概述
• 1.1.2 云南省地震概况
• 1.1.3 云南省地震安全工程实施情况
• 1.2 生土结构房屋概述
• 1.2.1 生土结构房屋的起源、发展及分布范围
• 1.2.2 生土结构房屋的分类及特点
• 1.2.3 生土结构研究及进展
• 1.3 土坯墙建造及土坯砌体研究
• 1.3.1 土坯墙建造过程
• 1.3.2 砌体有限元分析方法
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 土坯砌体的有限元理论分析
• 2.1 有限元法理论综述
• 2.2 砌体均质化技术
• 2.2.1 二维周期性材料的描述方法
• 2.2.2 周期性应力和应变周期性位移
• 2.2.3 均质化
• 2.2.4 均质化理论的应用
• 2.3 土的弹塑性理论和本构模型
• 2.3.1 屈服面和破坏面
• 2.3.2 理想弹塑性本构方程的普遍表达式
• 2.3.3 土的理想弹塑性模型
• 2.3.3.1 Mohr-Columb模型
• 2.4 计算机辅助工程分析
• 2.4.1 ABAQUS工程分析软件
• 2.4.1.1 ABAQUS中的平衡迭代和收敛
• 2.4.1.2 ABAQUS中的自动增量控制
• 2.5 本章小结
• 第三章 土坯砌体RVE的有限元分析
• 3.1 RVE
• 3.2 传统砌筑土坯墙
• 3.2.1 传统RVE的研究对象
• 3.2.2 传统RVE的参数校准
• 3.2.3 传统RVE网格划分和单元选取
• 3.2.4 传统RVE的强度模拟
• 3.2.4.1 单轴抗压强度
• 3.2.4.2 单轴抗拉强度
• 3.2.4.3 单轴剪压复合
• 3.2.5 传统RVE等效弹性常数
• 3.2.5.1 等效弹性模量
• 3.2.5.2 等效泊松比
• 3.3 墙片PQ-1的有限元分析
• 3.3.1 有限元模型
• 3.3.2 结果分析
• 3.4 添加竹筋的RVE分析
• 3.4.1 模型设计
• 3.4.2 RVE的强度模拟
• 3.4.2.1 RVE单轴抗压和抗拉强度
• 3.4.2.2 RVE单向剪压复合
• 3.4.3 RVE等效弹性常数
• 3.5 本章小结
• 第四章 土坯墙片的有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 土坯墙的有限元模型
• 4.2.1 模型相关尺寸
• 4.2.2 模型相关参数
• 4.2.3 加载和约束
• 4.3 数值计算结果及分析
• 4.3.1 土坯墙的受力分析
• 4.3.2 荷载位移曲线
• 4.3.3 土坯墙的延性及侧移角
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 研究生在读期间发表的论文