石灰秸秆改性夯土墙体抗震性能研究

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夯土是一种天然可持续建筑材料,具有节能、施工方便、隔音、耐火、调节湿度、低碳、高回收率和良好的保温性能等优点,但其存在强度低、脆性、耐久性差等不足,许多夯土建筑在地震中受损严重甚至倒塌,这些不足限制了夯土建筑的应用。本文从夯土建筑的材料与夯筑工艺入手,通过对山丹村夯土房屋的走访调查,改善传统的夯筑工艺,将绿色建材麦秸秆和石灰作为土的掺料,研究掺料量对夯土结构的物理性能及力学性能的影响。利用改性的夯土材料夯筑墙体,通过拟静力试验和数值模拟分析墙体在地震作用下的破坏机制及抗震性能。主要研究内容和结论如下:(1)梳理夯土结构应用的背景,总结夯土结构的历史发展过程以及国内外夯土结构研究现状,提出研究课题的意义和夯土结构存在的问题,确定本文研究内容,制定夯土材料试验方案及墙体拟静力试验加载方案。(2)对夯土材料进行物理和力学性能试验:含水率试验、击实试验、轴压试验、三轴剪切试验、电镜扫描试验、麦秸秆的拉伸试验。通过上述试验确定墙体夯筑时掺料参数,为研究夯土墙体抗剪承载力、数值模拟计算提供基础支撑。(3)对传统的夯土墙体施工工艺进行调研,改善夯土墙体施工工艺,制作5组夯土墙体试件,养护完成后进行拟静力试验。对墙体的破坏机理进行分析研究,将不同墙体的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性、能量消耗及阻尼进行对比,分析不同掺料、不同配比对夯土结构的抗震性能的影响,根据三轴剪切试验数据及拟静力试验数据,提出夯土墙体抗剪承载力计算公式。试验墙体由足趾压溃、弯曲开裂、斜剪、剪摩和滑动破坏模式一种或两种及多种模式的共同作用而失效,在素土中加入适量的石灰和麦秸秆不仅能提高墙体的承载力还能提高墙体延性,改善夯土墙体的抗震性能。(4)提出含有纤维的夯土墙体的数值计算有限元模拟分析方法,对麦秸石灰土墙体中的纤维应力变化过程进行分析,得到麦秸石灰土墙体最大主应力、最大主应变分布规律。将数值模拟结果与试验数据进行对比,应力应变云图与墙体试验主要破坏裂缝一致,验证有限元模型正确性,为夯土墙体数值模拟提供新思路和新方法。
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