福建方形土楼的拟静力试验研究与数值模拟

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福建土楼作为世界上最大的现役夯土民居建筑,夯土墙既是承重结构也是维护结构,夯土墙形成一个承力整体,表现出与其它夯土建筑不同的建筑和结构特点。但随着时间迁移,福建土楼夯土墙的损伤日益严重,损伤原因包括:风雨侵蚀、承载力下降、耐久性、抗震性能等问题,其中,土楼夯土墙结构的抗震性能研究较少,本文对方形土楼的抗震性能进行研究。本文以九盛楼为原型进行了不同墙厚方形土楼的缩尺拟静力试验,从破坏形态、承载能力、变形能力、刚度及其退化曲线、滞回曲线、骨架曲线、耗能性能几方面进行了分析。并依据试验工况利用ABAQUS进行数值模拟,将数值模拟结果与试验结果进行对比,验证模拟的有效性。最后计算了九盛楼的承载力。主要研究内容如下:(1)通过对永定土楼的实地调研,选取具有代表性的方形土楼“九盛楼”为原型,将墙厚作为唯一变量,制作3个缩尺试件,进行拟静力试验研究,试验材料采用自己研发配制的C5混凝土代替夯土材料,通过立方体轴压试验,计算C5混凝土的密度、抗压强度标准值、弹性模量等。通过计算相似比将模型与原型相关联。(2)通过拟静力试验现象及破坏形态分析,得到试件开裂荷载、极限荷载及破坏模式。通过计算试件的抗剪承载力来分析其承载能力;通过计算试件位移延性系数来分析其变形能力;通过计算试件的平均刚度来分析其刚度,并通过Origin拟合了刚度退化指数曲线;通过对滞回曲线和骨架曲线的拟合,以及滞回耗能、等效粘滞阻尼系数的计算,分析其耗能性能。并得出方形土楼夯土墙结构随墙体厚度增加,其承载能力增加、刚度降低、延性降低、滞回耗能量有所增加的变化规律。(3)依据试验工况,通过ABAQUS软件,分别用C5混凝土材料及夯土材料建立试验模型,采用位移加载方式对模型进行低周往复模拟,得到后处理应力云图、滞回曲线及骨架曲线。并从承载力、破坏形态和骨架曲线几方面进行模拟与试验的对比分析,验证模拟的准确性。(4)对九盛楼的抗剪承载力及抗震承载力进行理论计算。
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