当有限元分析墙体在较大的竖向荷载和温度荷载共同作用下时,墙体主要为受压应力状态,最不利压应力出现在温度较高一侧的墙体中下部,竖向荷载对墙体受压应力影响较大。墙体左右两端用固定端模拟其边界条件,故墙体端的位移为零。但实际情况中,砌体墙有拉结筋与混凝土构造柱相连接,墙体两端将存在一定的位移。从应力-应变曲线可知砖砌块材料达到峰值后开始破坏,曲线中未出现应力突变,表明本文所采用的应力-应变表达式基本合理,并可以运用到数值分析中。材料应力-应变曲线的影响因素主要包括采用的材料塑性破坏准则、边界条件模拟与真实情况的差别以及各材料参数取值误差。
本文根据砌体结构各部分材料的本构模型和破坏准则建立了分离式有限元模型,采用有限元软件ANSYS进行非线性分析,对砌体在冰冻雨雪荷载和温度荷载共同作用下的极限承载力进行了数值分析。砖砌块应力-应变曲线采用Turnsek和Cacovic提出的抛物线型本构模型;砂浆应力-应变关系结合规范及试验结果参照混凝土本构关系确定;砖砌块与砂浆的联结处本构关系采用由已有研究得出的三阶段公式。砌体结构破坏准则采用Williams-Warnke五参数破坏准则。
本文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,总结结论如下:
(1)当墙体模型仅在温度荷载作用下时,温度较低一侧墙体中下部主要为受拉应力状态,最不利拉应力出现在墙体底部;当墙体在较大的竖向荷载和温度荷载共同作用下时,墙体主要为受压应力状态,最不利压应力出现在温度较高一侧的墙体中下部,竖向荷载对墙体受压应力影响较大。
(2)当墙体模型在较大的竖向荷载和温度荷载共同作用下时,由于墙体两端及底部受到固定约束,随着竖向均布荷载的增加,裂缝由左右固定端顶部展开并逐渐深入墙体,最终达到墙体极限承载力。
(3)以上墙体模型受力状态与裂缝开展情况与模型尺寸的选取、模型材料性能以及模型的边界条件等有关。结合后续的研究,本文相关分析结果可用于与相应缩尺模型的试验结果进行比较,对相关砌体结构房屋在雨雪冰冻荷载作用后的承载性能进行综合分析与评价。
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