【硕士】基于块体单元法的配筋砌块墙体数值模拟研究

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内容简介

　　【硕士】基于块体单元法的配筋砌块墙体数值模拟研究　　授予学位：硕士　　学位授予单位：西安理工大学　　学位年度：2008　　 块体单元法是基于非连续介质力学问题提出的数值模拟方法。由砌块，砂浆，灌芯混凝土及钢筋组成的配筋砌块墙体在宏观上表现为非连续介质。块体单元法中“块体一缝单元一块体"的单元分布构型，和配筋砌块墙体“砌块一砂浆一砌块一的组合方式在几何上有着相似性；再者，块体视为刚体，其强度大于变形体缝单元。块体单元法中的这一点力学描述，与配筋砌块墙体中砌块的强度高于砂浆层的强度是吻合的。鉴于此，本文应用块体单元法实现配筋砌块墙体的数值模拟分析。　　 本文将配筋砌块墙体简化为平面应力问题来分析，在建立墙体的数值分析模型时，需要考虑培体中钢筋的作用效应和墙体与其他构件连接处的模拟分析。对此，本文提出了考虑钢筋作用的块体单元法计算模型，实现了在不增加整体刚度矩阵维数的情况下，将钢筋的作用效应按刚度叠加的方式，记入墙体的整体刚度矩阵中，并以算例验证了此模型计算程序的合理性和可行性。通过在墙体和构件连接处设置过渡层，应用有限单元和块体单元的耦合模型实现了连接处的模拟。　　 根据已有的砌块材料和砂浆材料的试验分析，本文认为这两种材料在破坏时表现出明显的脆性性质，因此应用基于损伤力学的本构模型来描述砌块和砂浆的材料特性，并且提出了适用于本文的砂浆和砌块的开裂准则。在此基础之上，应用MATLAB语言编写了配筋砌块墙体的开裂模拟程序。基于K．C．Voon对配筋砌块墙体的试验，本文应用墙体的开裂模拟程序对具有水平配筋和没有水平配筋的两块墙体实现了从开始加载到构件破坏的全过程模拟，并绘制出每步加载下的墙体裂缝图。试验开裂过程和模拟开裂过程的对比分析验证了本文开裂模拟方法的合理性和可行性。此外，由模拟得到的有水平配筋墙体的开裂形式与无水平配筋墙体的开裂形式之差异，与试验结果也是相符的。　　

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