夹芯墙体平面外结构分析研究

摘要

本文对平面外荷载作用下的夹芯墙进行了弹性力学分析和非线性有限元分析，对央芯墙的平面外抗震性能进行了初步的研究，并进行了墙体的平面外抗风与抗震设计，论文的主要工作反应在以下几个方面： (1)基于各向同性和正交各向异性，对平面外荷载作用下的夹芯墙内外叶墙分别进行了弹性力学分析，首次推导出在纵横荷载共同作用下板的挠度和内力的解析解。提出了央芯墙的内、外叶墙在平面外荷载作用下其弹性阶段的挠度和内力的建议计算公式。 (2)分析了竖向荷载对内叶墙弯曲的影响，当墙片承受水平荷载时，如果有适当的竖向荷载的共同作用，可以推迟墙片中部水平裂缝的出现，但是随着墙片的变形的增大，竖向荷载会产生一个附加弯矩，加速墙体的变形。 (3)当墙高b一定时，随着墙长的增加，墙体的最大挠度就会增加，所以，如果知道了墙体的极限挠度，对于一定高度的墙体来说，就可以确定墙体的长度，如果墙体超过这个长度，就要采取相应的措施，比如设置构造柱。 (4)当墙厚t一定时，随着墙高的增加，墙体的最大挠度也增加，如果知道了墙体的极限挠度，对于一定厚度的墙体来说，就可以确定墙体的高度，如果墙体超过这个高度，就要采取相应的措施，比如设置横向支撑。 (5)分析了沿弹性主方向的拉伸模量E1、E2对墙体弯曲的影响，在E1与E2相差不大的情况下，即1≤E1/E2≤5时，墙体的最大挠度变化很大，在E1与E2相差很大时，墙体的最大挠度变化不大，即E1/E2≥5时，E1与E2的比值与内叶墙的最大挠度几乎成水平直线。 (6)基于各向同性和正交各向异性的墙体在平面外荷载作用下的挠度表达式形式相同，只是后者更为复杂，前者是后者的一种特殊形式。在其它条件相同的情况下，基于正交各向异性的墙体比基于各向同性的墙体的挠度要大很多。 (7)采用ANSYS有限元分析程序建立了夹芯墙内外叶墙非线性有限元分析模型，通过对不同厚度的内叶墙进性非线性有限元分析，结果表明，随着墙厚的增加，内叶墙的极限承载力越来越大，而极限变形越来越小。由滞回曲线图可以看出，墙体开裂前，滞回面积极小，加载与卸载基本上重合，近似呈一条斜直线。当墙体开裂后，滞回环面积开始增大，但不是很大。在低周反复荷载作用下，滞回曲线成“弓”形，是弯曲和剪切变形，说明在低周反复荷载作用下，墙体的刚度衰减较为严重，耗能能力差。由骨架曲线可以看出，力和位移曲线几乎没有下降段，属脆性破坏。 (8)非线性有限元分析结果表明，外叶墙破坏的时间比内叶墙要快得多。在内外叶墙之间设置适当的钢筋拉接件能防止已开裂的外叶墙在地震作用下不致于脱落坍塌。 (9)分析了平面外荷载作用下砌体的破坏形式，水平地震作用的传递路径，提出了平面外水平地震作用的建议计算公式，并进行了抗震设计。同时，从梁和柱的受力可以明确地计算出梁和柱的配筋，说明圈梁和构造柱的配筋是可以计算的。 (10)提出了墙体平面外抗风与抗震设计方法，并进行了实例分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2夹芯墙体受压承载力的研究

1.3夹芯墙体抗震性能的研究

1.4墙体平面外抗风与抗震性能的研究

1.5本文研究的主要内容

第二章基于各向同性的砌体墙平面外力学分析研究

2.1力学模型

2.2各向同性薄板的基本理论

2.3外叶墙在平面外荷载作用下的解析解

2.4内叶墙在平面外荷载作用下的解析解

2.5平面外荷载作用下砌体墙的受弯影响因素分析

2.5.1 MATLAB计算

2.5.2 ANSYS分析

2.5.3竖向荷载对墙体弯曲的影响

2.5.4墙厚对墙体弯曲的影响

2.5.5长高比对墙体弯曲的影响

2.5.6高厚比对墙体弯曲的影响

2.6本章小结

第三章基于正交各向异性的砌体墙平面外力学分析研究

3.1 正交各向异性薄板的基本理论

3.2外叶墙在平面外荷载作用下的解析解

3.3内叶墙在平面外荷载作用下的解析解

3.4平面外荷载作用下砌体墙的受弯影响因素分析

3.4.1 MATLAB计算

3.4.2 ANSYS分析

3.4.3竖向荷载对墙体弯曲的影响

3.4.4弹性模量对墙体弯曲的影响

3.5本章小结

第四章夹芯墙体平面外抗震非线性有限元分析

4.1砌体的本构关系

4.1.1砌体结构受压本构关系表达式

4.1.2本文采用的ANSYS单元类型

4.1.3本文采用的砌体本构关系

4.2砌体的破坏准则

4.2.1平面应力状态下的破坏准则

4.2.2本章采用的破坏准则

4.3单向递增荷载作用下夹芯墙体的有限元分析

4.3.1有限元模型的建立及荷载的施加

4.3.2有限元模型的建立

4.3.3约束条件及荷载施加

4.3.4单向递增荷载作用下内外叶墙的承载力分析

4.3.5单向递增荷载作用下内外叶墙的应力分析

4.3.6单向递增荷载作用下内外叶墙的变形分析

4.4低周反复荷载作用下夹芯墙体的有限元分析

4.4.1低周反复荷载下有限元模型的建立及荷载的施加

4.4.2低周反复荷载作用下内外叶墙的承载力分析

4.4.3低周反复荷载作用下内外叶墙的应力分析

4.4.4低周反复荷载作用下内外叶墙的变形分析

4.5本章小结

第五章墙体的平面外抗震设计

5.1平面外荷载作用下砌体的破坏形式

5.1.1平面外线荷载作用下

5.1.2平面内竖向荷载和底端弯矩作用下

5.1.3平面外面荷载作用下

5.2墙体的平面外抗震设计

5.2.1水平地震作用的一般形式

5.2.2水平地震作用的传递

5.2.3平面外水平地震作用的计算公式

5.3分析步骤

5.4本章小结

第六章墙体的平面外抗风设计

6.1风载

6.2实例分析

6.2.1外叶墙的稳定问题

6.2.2外叶墙的平面外抗风设计

6.2.3外叶墙的平面外抗震设计

6.3本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录