生态复合墙结构体系是一种生态、节能、减震型住宅结构新体系,是密肋复合墙结构体系的延续,其内填材料根据当地生态墙体材料的应用可按因地制宜、就地取材原则选用,研究和发展适用于不同地区的适宜性生态复合墙结构,将对加速传统建筑业技术进步和产业化升级产生重要作用。本文在课题组前期研究成果的基础上,围绕5榀不同内填材料生态复合墙体开展研究工作,采取试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,从损伤角度诠释不同内填生态砌块生态复合墙体的非线性行为,重点对生态填充材料的基本力学性能、不同内填材料生态复合墙体抗震性能、生态复合墙体基于统一强度理论的弹塑性简化计算模型、生态复合墙体材料双剪损伤本构关系和生态复合墙体非线性损伤性能等方面进行研究。主要研究内容与成果如下:(1)概述目前课题组应用及研制的五种生态填充材料的特点,并介绍砌块的主要制备工艺及流程。通过力学性能试验,研究填充块材的受力特点,得到材料的基本物理、力学性能参数。用线性回归分析法拟合出材料的单轴受压本构方程,用两段直线构造出4种材料的单轴受拉应力-应变本构关系。由材料的单向弹塑性应力-应变曲线的局部斜率,求得与硬化参数有关的硬化函数表达式,推导出材料增量弹塑性刚度矩阵的表达式。(2)对5榀(内填材料分别为:加气混凝土砌块、植物纤维生土基砌块、植物纤维水泥基砌块、再生EPS轻骨料混凝土砌块和棉花秸秆砌块)1/2比例模型同尺寸不同内填材料的生态复合墙体进行伪静力试验,研究生态复合墙体的受力特点和破坏机制,对比不同内填砌块生态复合墙体的承载力、滞回特性、延性、强度退化、刚度退化和耗能等抗震性能。结果表明,砌块、肋格与外框能够相互作用,共同受力,在试验的弹性阶段、弹塑性阶段、破坏阶段依次发挥作用,生态复合墙体是具有多道抗震防线的承力构件;内填植物纤维水泥基砌块的生态复合墙体发生“强板弱柱”弯曲型破坏,其余四榀墙体发生“强柱弱板”剪切型破坏;内填砌块的抗压强度,抗拉强度、弹性模量和与肋格的粘结能力这几个参数是影响生态复合墙体特征荷载和特征位移的主要因素;5榀生态复合墙体的抗倒塌能力都较强。(3)结合前期框格和复合墙体的试验研究结果,分析生态填充砌块与框格间的受力特性,提出生态复合墙体弹塑性阶段带塑性铰刚架-斜压杆简化计算模型。采用考虑中间主应力2σ影响、拉压性能不同且适用于各种材料复杂应力状态下的双剪统一强度理论,推导简化计算模型中等效斜压杆的宽度表达式,并同5榀墙体的试验结果进行对比。分别建立一榀足尺生态复合墙体(内填加气混凝土砌块)和5榀1/2比例不同内填材料生态复合墙体的带塑性铰的刚架-等效斜压杆数值模型,进行非线性动、静力反应分析,并与试验结果进行对比。结果表明,斜压杆宽度表达式可为生态复合墙体中填充不同生态块材计算等效宽度提供统一形式解;数值结果和试验结果吻合较好,该简化计算模型可应用于生态复合墙体的非线性动、静力反应分析。(4)基于统一强度理论,推导材料的双剪损伤本构模型,根据生态复合墙体所用材料的单轴弹塑性本构曲线,确定损伤模型中的参数,用FORTRAN语言按照ABAQUS有限元软件规定的用户材料子程序格式要求编写该模型子程序语言,通过软件提供的UMAT子程序接口将双剪损伤本构模型植入到现有的软件材料库中,用算例验证模型和程序的有效性。结果表明,双剪损伤本构模型为生态复合墙体材料多样性提供了统一形式解;编制的程序验证结果与试验结果吻合较好,双剪损伤本构模型具有一定的精确性与实用性;只要参数b、α值确定,即可确定适用于各种材料的统一的屈服准则;该本构模型可用于不同结构的静、动力数值计算分析。(5)运用编制的材料双剪损伤本构模型,建立5榀不同内填材料生态复合墙体的数值模型并进行非线性损伤分析,得出结构内部损伤场的分布状态,用损伤指数分别衡量结构局部和整体的损伤程度,并选取每榀墙体内填砌块、框格和外框典型部位区域的损伤值进行分析。根据分析结果,构造一类描述结构延性性能的新型损伤指标-荷载变化曲线,依次获取各榀墙体的损伤延性指标以及损伤延性面积,并提出一种新的基于损伤的生态复合墙体延性系数计算方法。根据结构或构件延性设计的要求,得出生态复合墙体内填材料强度指标的合理范围。结果表明,生态复合墙体的损伤区域主要集中在中间层砌块、肋梁肋柱相交处和外框柱脚和柱顶处,不同部位的砌块损伤破坏存在差异,局部和整体损伤指数时程变化规律一致,在变形累积效应下表现出非减特性;损伤延性指标和损伤延性面积揭示了生态复合墙体损伤延性与结构非线性反应之间的内在关联;计算得出5榀生态复合墙体的损伤延性系数与传统方法计算的延性系数基本接近,损伤延性在构件宏观延性性能与微观损伤演化之间搭建起连接桥梁;生态复合墙体内填材料的抗压强度在0.5~2.5Mpa时,墙体的延性系数可达到3.0~5.0。本文的主要创新之处在于:(1)提出基于统一强度理论的生态复合墙体弹塑性阶段刚架-斜压杆简化计算模型;结合框格试验和墙体试验的研究结果,提出生态复合墙体弹塑性阶段带塑性铰刚架-斜压杆简化计算模型,基于双剪统一强度理论,推导出简化计算模型中等效斜压杆的宽度表达式。斜压杆宽度表达式可为生态复合墙体中填充不同生态块材计算等效宽度提供统一解形式。此简化计算模型可应用于生态复合墙体的非线性动、静力反应计算分析。(2)编制适用于各种材料的双剪损伤本构模型用户材料子程序,该本构模型适用于各种结构的动、静力数值计算分析;基于统一强度理论,推导材料的双剪损伤本构模型,根据生态复合墙体所用材料的单轴弹塑性本构曲线,确定损伤模型中的参数,用FORTRAN语言按照ABAQUS有限元软件规定的用户材料子程序格式要求编写该模型子程序语言。该本构模型考虑了中间主应力2σ及材料拉压性能不同的影响,只要参数b、α值确定,即可确定适用于各种材料的统一的屈服准则。该模型可用于不同结构的静、动力数值计算分析。(3)提出一种基于损伤的适用于生态复合墙体的损伤延性系数计算方法,得到生态复合墙体内填材料合理的强度范围。建立5榀不同内填材料生态复合墙体的数值模型进行非线性损伤分析,根据分析结果,构造描述结构延性性能的新型损伤指标-荷载变化曲线,依次获取各榀墙体的损伤延性指标以及损伤延性面积,提出一种新的基于损伤的生态复合墙体延性系数计算方法,根据结构或构件延性设计的要求,得到生态复合墙体内填材料抗压强度在0.5~2.5Mpa时,墙体的延性系数可达到3.0~5.0。