砌体开裂过程数值试验方法及其工程应用

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1、2005年全国砌体结构基本理论与工程应用学术会议论文集砌体开裂过程数值试验方法及其工程应用王述红(东北大学资源与土木工程学院，沈阳110004)摘要：基于砌体材料非均匀性特性，将砌体看成是由块体、砂浆和二者闻的粘结带构成的三相复合材料，应用细观力学，提出并建立了由细观基元性质反映宏观力学行为的砌体开裂理论与分析方法，推演砌体在开裂过程中的声发射率与不均匀性及其损伤演化之间的关系。用自行研制开发的材料破坏过程分析系统MFPA(MaterialFailureProcessAnalysis)，对砌体在基本受力状态下的开裂过程

2、进行了较为系统的数值试验，模拟了砌体构件从损伤到开裂破坏全过程。结果表明，该方法清晰反映了物理实验不易获取的应力场以及损伤演化过程在开裂过程中的调整、迁移以及相互作用，对于从细观力学的更高层次上理解砌体开裂的非线性过程具有重要意义，同时为砌体结构的破坏与失稳的预测预报理论研究提供了新的方法。关键词：不均匀性；砌体开裂；应力场；数值试验；细观力学NumericalMethodonFailureofMasonryStructureandItsApplicationinEngineeringWANGShuhong(Schoo

3、lofResources&CivilEngineering．NortheasternUniversity,Shenyang110004)Abstract：Based011theheterogeneouscharacteristicsofmasonrysU'ucture，themasonryisconsideraSathree-plasecx'mpositematerialthatincludesblock,mortarandfeltstripbetweenthem,Meso—mechanicsisappliedtost

4、udythefailureprocessofmasonry,anumericalmethodisbuilttosimulatetheprocessofmasonryfailurewithalneso-elements．ThewholefailureprogressofthemasonryslructurefromcrackinitiationtocoalescencewassimulatedbyusingthenewdevelopedMaterialFailureProcessAnalysis(MFPA)．Compar

5、edwiththeexperimentalresults，thesimulationresultsshowthatnumericalanalysisclearlyreflectsthestressfieldanddamageevolutionprocessduringthemodification，transferenceandinteractionofthemicrocrackswhicharedifficulttoachievebyphysicalexperiments．Itprovidesanewmethodto

6、researchthefailureandseismicityofmasonry．Keywords：heterogeneous；crackingofmasonrystructure；stressfield；numericaltest；meso—mechanics1引言据文献[1]记载，全国城镇民用建筑中以砌体作为墙体材料的超过90％。砌体结构的裂缝问题多年来一直是国内外砌体领域专家致力研究的重大课题。但是由于砌体材料构件裂缝成因的复杂性，砌体裂缝研究基本处于宏观调查分析的判断和模型实验上，需要花费大量的人力、物力，所得

7、到的试验成果又往往囿于试验、环境条件等的变化及材料本身的复杂性，试验结果的离散性较大，而且这些试验大都是从宏观上的承载能力人手对砌体的强度加以分析。目前科学工作者正在试图寻求一种近似计算法，结合理论和试验及数值模拟来研究砌体构件的性能，企图在细观裂缝发展和宏观力学性能之间架起一座桥梁。数值模拟方法被看成是解决这一问题的有效途径1，其中有限元方法是最重要的数值模拟工具之一。如国外S．Briccoli基金项目：中国教育科研网格计划ChinaGrid(CG2003一GA00504)：国家留学人员基金(2003821178)：

8、辽宁省自然科学基金(20021008)；中韩青年科学家交流计划(2004)。1412005年全国砌体结构基本理论与工程应用学术会议论文集Bati、PauloB．Lourenco和JanG．Rots等，国内的施楚贤、刘光庭等人在砌体数值模拟分析方面做了大量工作。但总体上说，砌体构件破裂机理研究无论是国外还是国内主要是集中在假设模型的