ECC大空心率墙板抗风性能试验研究与数值分析

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超高韧性水泥基复合材料(ECC)是采用水泥、细集料、多孔材料、调凝剂、矿物掺合料、超细微粉、保水增稠材料并添加纤维制成的高韧性复合工程材料。优秀的拉伸韧性和控制裂缝能力是这种新型材料的突出优势。本文所研究的大空心率装配式外墙板正是基于这种高韧性水泥基复合材料制成的。这类大空心率墙板不仅大幅度减轻了墙板自重,还具备良好的保温性能,同时本身的力学性能也得到了提高,具有广阔的应用前景。围绕这种新型材料,对其制成的大空心率装配式外墙板的抗风性能进行研究。论文的主要研究内容和结论如下:(1)在广泛查阅资料的基础之上,对超高韧性水泥基复合材料的研究现状和装配式外墙板抗风性能研究现状进行调研,了解目前围护结构抗风性能研究的整体情况,提出研究ECC大空心率墙板的意义。(2)对ECC进行混凝土基本力学试验,并对ECC制成的板材进行基本力学性能试验。试验表明,聚乙烯醇纤维(PVA)体积含掺量提高会降低ECC的抗压强度,提升ECC的抗拉强度;增大水胶比会降低ECC的抗压强度和抗拉强度;PVA掺量和水胶比对弹性模量影响不大。(3)通过设计均布荷载堆载模拟风荷载的试验研究墙板的抗风性能,进行了两种内部构造不同的大空心墙板的均布荷载试验。结果表明,两种墙板均具备可靠的承载力,变形能满足规范中相关限值的要求,板的设计偏安全,能够用作200m高层建筑的围护结构。带肋大空心率墙板的抗弯性能和抗裂性能明显优于不带肋大空心率墙板的承载力,开裂荷载提升了70%,破坏荷载提升了47%。带肋大空心率墙板抵抗变形的能力也优于不带肋大空心率墙板,这在开裂阶段表现得更为明显。(4)利用ABAQUS有限元分析软件建立大空心率墙板模型,验证了数值模拟分析的准确性。建立不同墙板厚度、不同肋壁高度下的有限元模型,发现增加墙板的厚度能够提升墙板的抗弯刚度和抗弯承载力;肋壁的存在对墙板承载力的提升最为明显;增加肋壁高度能够提升墙板的抗弯刚度,对墙板抗弯承载力的影响不大。
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