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随着对建筑造型的要求越来越高,建筑物大量使用弧形砖墙等非直线段墙作为房屋的维护或分隔构件,为了保证弧形砖墙良好的耐久性,不至于开裂或倒塌,有必要对弧形砖墙的结构力学性能和破坏机理进行研究。目前工程设计人员在实际的工程设计中只把弧形砖墙的结构简单折算成直线段墙,然后按相关规范进行计算并引用国家标准图集设计,很少专门提出关于弧形砖墙的具体计算方法,更没有对弧形砖墙结构设计的可行性进行实验总结。因此我们需要一套针对弧形砖墙的结构基本力学性能的研究方法,并为目前砌体结构设计规范的补充以及实际工程设计提供参考。
本文是在研究国内外砌体结构理论的基础上,阐述了关于弧形砖墙这种特殊结构型式墙体的结构性能的研究的必要性和重要性,并提出适合弧形砖墙结构基本力学性能研究的计算机数值模拟方法及结构静力试验方法,总结出弧形砖墙结构基本力学性能及其破坏机理、裂缝开展情况,为砌体结构设计规范的补充以及工程设计提供参考。
应用大型结构有限元分析软件ANSYS,在合理选取砌体材料本构关系、破坏准则、计算收敛条件等的基础上,采用整体式建模方式对弧形砖墙进行计算机数值模拟。以砖墙高度、厚度、弧半径、弧度四个基本几何参数作为弧形砖墙仿真模型的分类依据,并对各个模型施加轴心压力、横向拉力、弯曲倾覆力、侧向剪力等四种简单力系作用,然后进行有限元非线性静力分析,总结出弧形砖墙的结构基本力学性能的特征及其与直线段墙的差别,务求确定弧形砖墙在静力状态下极限承载力的主要影响因素。
对实际砌筑的弧形砖墙及直线段墙进行抗弯性能结构静力试验,分析弧形砖墙以及直线段墙的弯曲受拉能力特征。研究弧形砖墙在背心倾覆荷载作用下的极限承载力及受力特征,绘制了在背心倾覆力作用下的力与位移的关系图。并对试验结果、计算机仿真结果、《规范》规定值进行对比分析,验证计算机仿真方法的可行性及可靠性。
最后,对本文的研究内容总结,提出本文存在的问题,并为弧形砖墙的结构基本力学性能的研究方法提出建议。