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再生混凝土损伤本构与不同取代率下密肋复合墙抗震安全性研究

余晓峰

   密肋复合墙中的内填材料,可因地制宜大量消耗工农业废料,并且自重轻、抗震性能好、节能效果佳,所以是一种理想的建筑结构新体系,有着广泛的推广应用前景。然而将生态材料很好地应用于其新型结构体系,使其成为名符其实的生态节能建筑,目前研究还涉及不足。而再生混凝土是一种“绿色生态”建材。若将其全部或部分替代密肋复合墙中框格和边框中的普通混凝土,不仅可以消化大量的废弃混凝土,扩大再生混凝土的应用范围,而且可以实现密肋复合墙结构的生态化,符合国家的“可持续发展战略”。 本文在课题组前期研究成果的基础上,以再生混凝土材料的力学性能和再生混凝土密肋复合墙体的抗震性能为主线;以再生混凝土多轴受力性能试验、再生混凝土密肋复合墙试验和非线性有限元分析为手段;重点围绕再生混凝土多轴本构模型、损伤变量演化规律、墙体的抗震性能和基于再生混凝土强度随机性的有限元概率分析理论与方法,展开了深入系统的研究与探讨。主要内容和创新成果如下: 1、采用逐步回归分析建立了再生混凝土强度和影响因素间的数学模型;以强度为目标函数,各个因素取值为约束条件,获得再生混凝土强度的最优配合比。 考虑不同影响因素和水平数,设计了混合水平均匀表。分析了不同因素及水平数对再生混凝土基本力学性能的影响;由于各个主要影响因素间的强交互作用,采用逐步回归分析建立了再生混凝土强度与各因素之间的二次多项式数学模型,分析表明:此数学模型的计算精度较好;以强度为目标函数,以各个因素的合理取值为约束条件,利用MATLAB进行优化,最终给出了再生混凝土强度的最优配合比。 2、通过再生混凝土常规三轴受压试验,建立了再生混凝土多轴本构模型,并探讨了损伤变量的演化规律。 进行了再生混凝土常规三轴受压试验,探讨了再生混凝土在三轴受压下的变形特征;基于试验和连续介质损伤力学理论首次建立了再生混凝土三向受压状态下的多轴本构模型;推导了再生混凝土的三轴割线模量;提出了适宜的损伤变量,并获得在不同围压下损伤变量的演化规律。 3、通过不同再生骨料取代率下密肋复合墙体力学和抗震性能试验,揭示了该墙体的受力机理和抗震性能。 进行了两榀1/2比例,再生骨料取代率分别为50%和100%的再生混凝土密肋复合墙的水平低周反复试验,系统研究了再生骨料取代率对再生混凝土墙体的破坏过程、破坏特征、承载力、变形、耗能能力及肋柱、肋梁及框柱中钢筋的应力分布,研究了再生混凝土密肋复合墙体的刚度退化规律等,为结构的抗震分析提供了依据。 4、建立了再生混凝土密肋复合墙体非线性有限元数值模型。提出了考虑不同再生骨料取代率下密肋复合墙的斜截面承载力公式。 应用大型通用有限元软件Ansys,首先对再生混凝土密肋复合墙体在水平和竖向荷载共同作用下的变形、承载力等基本性能进行数值仿真分析,并和试验结果进行了对比。考虑再生骨料取代率的不同水平数及密肋复合墙体斜截面承载力等主要影响因素,建立了再生混凝土密肋复合墙的斜截面承载力公式。 5、基于再生混凝土的随机性和有限元概率设计,对不同再生骨料取代率下的再生混凝土复合墙进行了可靠度评价和敏感性分析。 考虑再生混凝土材料的随机性,应用Pearson拟合优度法推导了再生混凝土骨料取代率为50%和100%、再生混凝土配置强度分别为C20和C30的概率分布模型和统计参数;基于有限元概率设计和再生混凝土的概率分布模型和统计参数,系统研究了再生混凝土密肋复合墙的承载力在不同再生骨料取代率下的可靠度评价;并分析了再生混凝土密肋复合墙体极限承载力多种影响因素的敏感性。……   
[关键词]:再生混凝土;均匀设计;多轴损伤本构模型;再生混凝土密肋复合墙体抗震性能;斜截面承载力;可靠度评价
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西安建筑科技大学2009年