棉花秸秆草砖墙与混凝土外框协同受力及耐火性能研究

【摘要】：“绿色、节能、环保”已经成为21世纪的主题,随着节能及环境问题越发引起人们重视,研制新型环保墙体材料已成为建筑业的发展趋势。本文研究一种新型的填充墙体材料—棉花秸秆草砖,既能充分利用新疆丰富的农业废弃物—棉花秸秆资源,又能使广大农村住宅的保温性能得到改善。本文通过试验研究和理论分析的方法来研究棉花秸秆草砖的基本力学性能、棉花秸秆草砖填充墙与混凝土外框的协同受力情况以及棉花秸秆草砖墙体的耐火性能,通过数值分析方法对有无填充材料的框架墙体利用ABAQUS软件进行有限元模拟,再将模拟结果与试验结果进行对比,验证模型的合理性。本文具体的研究内容如下:(1)在棉花秸秆草砖的密实度满足外围护墙体保温要求的情况下,采用微机控制电子万能试验机对两种密度的棉花秸秆草砖进行横压、侧压和竖压,根据力-位移曲线研究棉花秸秆草砖的承载力、极限抗压强度和弹性模量的变化是否与密度和压缩方式有关,并为后期试验研究提供相关数据。(2)通过对两榀(内填棉花秸秆草砖的框架结构和内无填充材料的纯框架试验构件)墙体的拟静力试验,研究内填棉花秸秆砖填充墙对框架结构的抗震性能影响,试验结果表明棉花秸秆草砖填充墙增强了框架结构的刚度、延性、耗能等性能。(3)对内填棉花秸秆草砖的墙体和内无填充材料的纯框架墙体分别利用ABAQUS软件进行加载模拟,并将有限元模拟结果和实际试验结果进行分析对比,验证模型的合理性。在模型合理的前提下根据试验构件的应力云图分析试验过程中各构件受力情况。(4)根据《建筑构件耐火试验方法》(GB/T9978.8-2008)对棉花秸秆草砖砌成的非承重墙体进行耐火性能试验。实验结果表明墙体具有良好的耐火性能,耐火极限超过70min。 【关键词】：棉花秸秆草砖 力学性能 协同受力性能 有限元分析 耐火性能
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU398
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外研究现状与分析10-14
• 1.2.1 填充墙框架结构的发展情况10-12
• 1.2.2 秸秆草砖填充墙的研究现状12-14
• 1.3 本文研究背景和研究内容14-19
• 1.3.1 本文的研究背景和意义14-17
• 1.3.2 本文的研究内容17-18
• 1.3.3 本文的技术路线18-19
• 第2章 棉花秸秆草砖的力学性能19-29
• 2.1 引言19-21
• 2.2 本试验的目的21
• 2.3 试验材料和试验构件的制作21-22
• 2.3.1 棉花秸秆草砖砌块参数的选取21
• 2.3.2 棉花秸秆草砖的制作21-22
• 2.4 试验装置和试验方法22-23
• 2.5 试验过程和试验现象23-24
• 2.6 试验结果分析24-27
• 2.6.1 不同密度相同压缩方式下的力学性能对比分析26
• 2.6.2 相同密度不同压缩方式下的力学性能对比分析26
• 2.6.3 棉花秸秆草砖的弹性模量和抗压强度26-27
• 2.7 本章小结27-29
• 第3章 棉花秸秆草砖墙与混凝土外框的协同工作性能研究29-46
• 3.1 试验墙体的概况29-31
• 3.1.1 试验墙体的设计29-31
• 3.2 模型墙体的相似关系31
• 3.3 试件制作31-33
• 3.3.1 钢筋混凝土外框内无填充材料构件的制作31-32
• 3.3.2 钢筋混凝土外框内填棉花秸秆草砖构件的制作32-33
• 3.4 试验方法33-36
• 3.4.1 加载装置及设备33-34
• 3.4.2 加载方案34-35
• 3.4.3 测试方案35-36
• 3.5 两榀墙体拟静力试验现象及分析36-43
• 3.5.1 两榀试验墙体的破坏形态以及破坏过程36-39
• 3.5.2 两榀墙体的抗震性能对比分析39-43
• 3.6 应变片测点分析43-44
• 3.7 结论44-45
• 3.8 本章小结45-46
• 第4章 利用ABAQUS软件对棉花秸秆草砖墙体进行数值模拟46-65
• 4.1 引言46
• 4.2 试验构件本构关系的选择46-49
• 4.2.1 混凝土本构关系的选择46-48
• 4.2.2 钢筋本构关系的选择48
• 4.2.3 砂浆的本构关系48-49
• 4.2.4 棉花秸秆草砖参数的选择和确定49
• 4.3 试验构件模型的建立步骤49-58
• 4.3.1 创建模型49-51
• 4.3.2 定义材料属性51-54
• 4.3.3 装配件54
• 4.3.4 设置分析步54-55
• 4.3.5 定义相互作用55-56
• 4.3.6 定义边界条件56
• 4.3.7 加载制度56-57
• 4.3.8 单元网格的划分57-58
• 4.3.9 提交分析和后处理58
• 4.4 有限元模拟结果和拟静力试验结果对比分析58-60
• 4.5 分析棉花秸秆草砖对框架受力的影响60-63
• 4.6 数值模拟结果与试验结果差异性分析63-64
• 4.7 本章小结64-65
• 第5章 棉花秸秆草砖墙的耐火性能研究65-71
• 5.1 试验墙体的制作65-66
• 5.1.1 基本信息65
• 5.1.2 构件的制作65-66
• 5.2 试验设备和方法66-67
• 5.3 试验现象67-69
• 5.4 试验分析及试验结论69
• 5.5 本章结论69-71
• 第6章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 作者简历78

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