改性土坯砌体抗压强度试验研究

论文摘要

生土建筑简而言之就是用未经焙烧的土为主材修建的建筑。生土是人类最早使用的建筑材料之一,使用范围遍布世界各地,其历史可追溯到距今8000年前的新石器时期,生土建筑也是各种建筑形式的始祖,主要分布在拉美、非洲、南亚次大陆、亚洲各地、中东、欧洲南部等地。据统计,世界30%的人口至今仍居住在生土建筑当中,发展中国家这一比例可达50%。我国生土建筑也有数千年的历史,距今6000年半坡遗址中的半穴居,穴居和地面建筑都采用生土作为建筑材料。从4000年前的龙山文化遗址中,发现当时人们已掌握了较成熟的夯土技术,已出现了夯土建造的城墙、台基和墙壁。目前生土建筑仍是我国广大村镇建筑的常见形式之一,尤其在新疆的南疆地区,由于经济环境和历史等因素,生土建筑至今仍大量存在并使用着,生土建筑脆弱的抗震性和地区频发的破坏性地震,成为生土建筑领域的最大障碍和亟待解决的问题。震害调查证明,施工质量合格并有合理抗震构造措施的生土建筑是可以满足抗震设防要求的。鉴于此,加之生土建筑优越的节能环保性能及其悠久的历史文化情愫,在近代能源危机、生态危机、可持续发展战略的大背景下,由规划、建筑大师任震英先生发起并领导于1980年成立生土建筑分会,开始系统的、有组织的研究生土建筑,给古老的生土建筑赋予了新的生命。本文正结合了导师课题针对新疆的土坯房从材料与构件角度对其抗震性能和加固技术进行了研究。通过查阅国内外相关文献并实地调研,了解了生土建筑的常用构造形式及做法。分析了生土建筑抗震性能差的主要原因,对生士材料的物理性质测定后进行了不同掺和量的麦秸秆、粗砂试块的力学性能试验研和土坯及土坯构件的力学性能试验,分析了材料和墙体强度的影响因素,并基于可靠度理论对实验数据加以处理。运用有限元分析软件ANSYS10.0对实验进行数值模拟。最后提出了改善生土强度的方法及较适宜的掺和比例,通过试块的单轴抗压试验及回归分析,建立了单轴受压下的本构关系,推荐了具有95%保证率的强度标准值。运用试块数值模拟建模的方法分析墙体的抗震性能,给出了一些改善其抗震性能的措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 选题背景及研究目的
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究目的
• 1.2 国内外研究现状及水平
• 1.2.1 理论研究现状
• 1.2.2 试验研究现状
• 1.2.3 数值模拟研究现状
• 1.3 国内外生土建筑的分类
• 1.3.1 生土建筑墙体按施工技术分类
• 1.3.2 生土建筑的结构类型
• 1.4 生土建筑主要结构类型的震害与破坏特征
• 1.5 本文研究的内容和意义
• 第二章 生土材料、土坯及构件的力学性能试验研究
• 2.1 概述
• 2.2 素土料的力学性能试验
• 2.2.1 试件的制作
• 2.2.2 素土试件的抗压强度试验
• 2.2.3 实验结果分析
• 2.3 改性生土材料的抗压强度试验
• 2.3.1 试件的制作
• 2.3.2 改性生土试件的抗压强度试验
• 2.3.3 改性生土立方体试件的实验结果分析
• 2.4 土坯及砌体试件的抗压试验
• 2.4.1 土坯试件的制作
• 2.4.2 土坯试件的抗压强度试验
• 2.4.3 土坯试件实验结果分析
• 2.5 改性土坯试件的抗压度试验
• 2.5.1 改性土坯砌体试件实验结果分析
• 2.6 土坯砌体的抗压强度取值
• 2.6.1 影响土坯砌体强度的主要因素
• 2.7 本章小结
• 第三章 改性生土材料及土坯砌体的单轴受压本构关系研究
• 3.1 概述
• 3.2 生土材料本构关系
• 3.2.1 不同掺量对变形模量的影响
• 3.2.2 粗砂试块本构关系的推导
• 3.3 土坯砌体的本构关系
• 3.3.1 土坯砌体弹性模量
• 3.3.2 单轴受压土坯砌体的本构关系表达式
• 第四章 基于ANSYS 的数值分析
• 4.1 Ansys 数值模拟的基本原理
• 4.2 有限元单元的选择
• 4.3 生土立方体试件及土坯砌体试件的有限元数值模拟
• 4.3.1 立方体试件有限元模型的建立
• 4.3.2 立方体试件数值计算分析
• 4.3.3 土坯砌体试件的模型的建立
• 4.3.4 土坯砌体试件的数值计算分析
• 第五章 生土建筑的抗震构造措施与概念设计
• 5.1 地震破坏等级与震害指数
• 5.2 构造措施
• 5.3 抗震概念设计
• 5.3.1 场地的选择以及地基基础的要求
• 5.3.2 建筑结构设计
• 5.3.3 生土基复合材料设计
• 第六章 土坯及其构件承载力的可靠度分析
• 6.1 可靠性理论的发展
• 6.2 结构的极限状态
• 6.3 土坯及其构件可靠度分析
• 6.3.1 随机变量的分布与假设检验
• 6.3.2 土坯可靠度分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 参考文献
• 在读硕士学位期间发表的论文
• 致谢