不同砌筑方式下砌体严格匀质化模型研究

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对砌体结构最合理也是最主要的研究分析手段主要基于试验,但是它会根据试验周期消耗大量的时间,也需要投入大量的人、物力。现阶段的新型材料砌体层出不穷,对其精细化研究分析就显得尤为重要。匀质化方法能够针对周期性的细观结构,在分析复合材料基础上,综合提出具有严格数学依据的理论分析方法,从构成材料微观结构的体积较小的“胞元”出发,将其引入至宏观和微观尺度中,以“胞元”的单位荷载及边界条件来建立宏细观间的纽带。本文根据严格匀质化理论,对砌体RVE(Representative Volume Element)严格匀质化过程的建模方法进行了分析与研究,并将等效参数应用于已有试验之中,具体工作如下:(1)总结了严格匀质化理论以及其应用发展状态以及运用严格匀质化理论于砌体结构的合理性与必要性。对有关于二维周期性、二维周期性材料、周期性应力、应变周期性位移以及二维基本单元进行了描述,并且对比了逐步匀质化和严格匀质化的不同。(2)基于契合理论,通过四种平面分割法则(平移、旋转、反射、滑移反射),将三种砌筑方式下的整体墙片利用矩形分割点阵进行契合分割,使整体墙片被分割为能够生成遍布契合形的RVE单元。(3)对于所选取不同砌筑方式下的三种代表性体积单元,运用ABAQUS有限元软件,采用合理的材料等效参数,利用分离式建模方法建立有限元模型。模拟并分析了三种组砌形式下的代表性体积单元的受压、受拉、受剪性能。分析得出了三种体积单元的应力应变关系、三种等效体积单元在各向的极限强度以及极限应变,并根据正交各向异性弹性矩阵计算得到砌体RVE各项等效参数,验证了各个砌体RVE的各向异性性能。(4)将模拟所得的等效体积单元的各项等效参数应用于已有的试验之中,对已有试验中三种不同砌筑方式的试件进行了抗压强度的模拟,并对其承载能力、应力应变关系以及弹性模量的模拟值与试验值进行了对比分析,虽然两者之间有一定的差距,但是处于可接受范围之类,验证了将严格匀质化理论应用于砌体结构的可行性。从整体上来看,运用严格匀质化方法处理砌体结构而建立的RVE模型,能够反映试件的受力性能。
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