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考虑温度荷载的砌体结构的有限元分析

发布于:2016-04-05 18:53
有限元分析

      受全球气候恶化影响,近年来我国南方持续出现长时间、大面积、大强度的降雪和冻雨等灾害天气,其中2008年我国南方遭受超过50年一遇的雨雪冰冻灾害,造成21个省、市不同程度受灾,因灾死亡107人,直接经济损失高达1111亿元,房屋倒塌35.4万间。其中,浙江省受灾人口达181万人,房屋倒塌800多间。以上这些受雨雪冰冻灾害作用后的房屋大量倒塌或损坏的根本原因是房屋承受的雨雪冰冻荷载超过了房屋结构的实际承载能力,其中,房屋因室内外温差对主体结构形成的不利作用,是造成房屋主体结构整体性、耐久性和承载能力降低的主要原因之一。
      对砌体结构房屋的承载能力,国内外已有大量学者对其进行长期的有限元分析研究。早期的Yokel研究了由无抗拉强度材料组成的砌体单元稳定性,并给出单元的极限状态,Drysdale和Hamid分析了由不同类型混凝土空心砖和砂浆组成的小型墙体,得出其破坏准则,Hatzinikolas等对混凝土实心砖进行类似的研究并得出其破坏准则,Giambanco等用分离式有限元模型模拟只考虑受拉和剪切破坏的砖砌块与砂浆接触面上的联结单元,Lourenco和Rots通过砖块体单元的VonMises塑性准则得出砌体的受压破坏准则,Lourenco提出了完整的砌体结构本构模型。
      以上相关研究成果的的问题在于为简化研究方法,未考虑砌体的非线性本构关系。本研究将重点放在砌体材料结构的非线性分析,并充分考虑由雨雪冰冻荷载造成室内外温差等原因引起的砌体附加温度应力对砌体结构承载能力的影响,对其在各种荷载共同作用下的应力状态进行比较分析。采用ANSYS有限元App建立分离式有限元模型,进行主体承重墙体结构雨雪冰冻灾害作用后的极限承载能力分析,分析结果可用于后续相关研究。
      砌体是由砖块体和砂浆组成的二相复合材料,对其进行有限元分析通常包括两类模型:分离式模型和整体式模型。分离式模型即是将砖块体和砂浆分别建模,砂浆离散于模型中,考虑砖块体与砂浆的不同材料性能,以及不同材料之间的相互作用,砖块体与砂浆之间通过接触、联结单元连接,砖砌块、砂浆、联结单元的本构关系分别建立,整体式模型则是将砖砌块和砂浆作为一个整体来考虑,不考虑砖块体与砂浆间的相互作用,把砌体看作均匀、连续、各向同性的材料,通过力学试验获得其整体材料力学性能来建立应力-应变本构关系。两种模型相比较,分离式模型可以模拟砖砌块与砂浆之间的作用和砌体破坏机理,但由于单元数多、计算量大,通常适用于模拟小型砌体构件的破坏行为。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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