压型钢板—竹胶板组合墙体抗震性能研究

论文摘要

我国竹资源十分丰富,竹子种类和竹林面积约占世界的1/4,竹材产量约占1/3,均居各国之首。竹材具有相当好的力学性能,其抗拉强度约为木材的2倍,抗压强度约为木材的1.5倍,竹材的比强度高于木材和普通钢材。因此,竹材具备作为工程结构用材的良好条件。此外,轻钢结构具有成本低、施工快、建筑美观的竞争优势,其优越性在工业建筑以及多层民用建筑中逐步得到了认可。轻钢与竹材各自有其独特的优点和性能,若将二者的优势结合起来,势必带来更加广阔的发展前景。但两者的组合应用在土木工程界却不普遍,主要原因在于没有设计出较为合理的、又易于为工程界接受的组合形式。本文提出一种新型的竹材组合墙体,即在两张竹胶板之间夹着压型钢板,竹胶板与压型钢板界面用高强度粘合剂粘结,从而构成为压型钢板-竹胶板组合墙体,并对该种组合墙体的抗震性能特点进行试验研究和理论分析。首先通过5块压型钢板-竹胶板组合墙体拟静力加载试验,观察各级荷载作用下压型钢板及竹胶板中的应变变化,探讨组合墙体的破坏过程、破坏形态及破坏机理,考察墙体的组合效应。在此基础上较系统的分析了组合墙体的承载力、延性、滞回性能、耗能能力及破坏特征等。试验结果表明本文建议的组合方式比较合理,组合效应良好,墙体有较大的承载力和较好的延性,力学性能满足作为建筑墙体的需要。此外,竹胶板厚度对墙体的承载力、刚度影响不大,而压型钢板的厚度和波高的变化对墙体的承载力指标和位移延性系数、耗能系数E等抗震性能指标影响显著。在试验研究的基础上,建议了压型钢板-竹胶板组合墙体的恢复力模型,并建立了该组合墙体的承载力简化力学模型和计算公式,计算结果与实验结果符合良好。通过大型有限元分析软件ANSYS进行组合墙体在外荷载作用下的模拟定性分析,探讨静力荷载作用下压型钢板及竹胶板中的应力、应变分布,以及墙体的变形性能,并与试验结果之间进行比较。研究表明ANSYS分析结果、理论计算结果和试验结果三者吻合良好,验证了理论计算公式的可行性。同时也说明了本文中ANSYS建模时所采用的单元类型、网格划分、耦合方式均可以用于同类组合结构的计算和分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 竹材作为结构材料的意义
• 1.3 竹材人造板
• 1.3.1 竹材人造板分类
• 1.3.2 竹材人造板的主要力学性质
• 1.3.3 竹材人造板的应用
• 1.4 国内外组合墙体研究状况
• 1.5 本文研究的目的和意义
• 1.6 本文研究工作
• 2 压型钢板-竹胶板组合墙体抗震性能试验
• 2.1 组合墙体的设计与制作
• 2.1.1 组合墙体的试验材料及性能
• 2.1.2 组合墙体的设计
• 2.1.3 组合墙体的制作
• 2.2 组合墙体试验方案
• 2.2.1 试验设备和测试内容
• 2.2.2 加载方式
• 2.3 试验结果及分析
• 2.3.1 承载力实测结果及分析
• 2.3.2 延性性能分析
• 2.3.3 滞回曲线及特性分析
• 2.3.4 耗能能力及分析
• 2.3.5 骨架曲线试验结果及分析
• 2.3.6 压型钢板应变分析
• 2.3.7 主要试验结果对比分析
• 2.3.8 试件的破坏特征及分析
• 2.4 本章小结
• 3 压型钢板-竹胶板组合墙体承载力计算分析
• 3.1 组合墙体材料截面换算
• 3.2 组合墙体承载力计算
• 3.3 本章小结
• 4 ANSYS有限元模型分析
• 4.1 ANSYS软件简介
• 4.2 所用单元类型
• 4.3 有限元模型的建立
• 4.4 有限元分析结果
• 4.4.1 组合墙体整体应力和应变分析
• 4.4.2 组合墙体中压型钢板的应力和应变分析
• 4.4.3 有限元分析结果与试验结果对比分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢