基于统一强度理论的新型棉花秸秆砌块砌体抗剪性能研究

The rich crop residues- - cotton stalks in xinjiang are applied to research and develop the cotton straw blocks, which are with good anti-cracking performance and light weight. By configurating the cotton stalk plant, the shear strength of cotton straw blocks masonry can be enhangced, which can be applied to the bearing wall of bourg low-rise buildings and are with important theoretical significance and engineering application value to raise bourg building structure safety and comfort..The main characteristics of this project are the development and application of this new material and the research of cotton straw block masonry mechanical properties and stress performance. Combined with experimental study, theoretical analysis and numerical simulation, the optimal proportion problem of cotton straw block meeting different strength of indexes is explored, the values of strength parameters of block material are gained and the material constitutive relationship can be derived Based on the double shear unified strength theory, the shear failure mechanism of cotton straw blocks masonry can be exposed and the shear bearing capacity formula of the masonry with plant reinforced can be deduced and put forward. The research results will continuously improve the shearing theory of the masonry structure and provide a research foundation and theoretical judging for the application of the cotton straw block masonry in xinjiang bourg residences.

利用新疆地区丰富的农作物剩余物- - 棉花秸秆，研发抗裂性能好、质量轻的棉花秸秆砌块，配置棉花秸秆植物筋提高棉花秸秆砌块砌体的抗剪承载力，应用于村镇低层建筑的承重墙体，对提高村镇建筑结构的安全性和舒适性具有重要的理论意义和工程应用价值。.本项目以新材料研制与应用为特色，以棉花秸秆砌块的力学性能和砌块砌体的受力性能研究为核心，采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，探索满足不同强度考察指标的棉花秸秆砌块的最优配比问题，获取影响砌块材料强度参数值，得到材料的本构关系；基于双剪统一强度理论，揭示棉花秸秆砌块砌体剪切破坏机理，推导砌体抗剪强度表达式，提出配置植物筋棉花秸秆砌块砌体基于双剪统一强度理论的抗剪承载力公式。该项目的研究成果为砌体结构建立更精确而完善的抗剪理论，同时也为棉花秸秆砌块砌体在新疆村镇住宅中的应用提供一定的研究基础和理论依据。

配置水平筋对砌块墙的抗剪性能提高程度最大。利用新疆丰富的农作物剩余物废料—棉花秸秆，与水泥等胶凝材料按一定比例配置出抗裂性能好的棉花秸秆砌块，用整枝棉花秸秆作为植物加筋材料配置在砌块砌体灰浆层中提高砌体结构的抗剪承载力。项目主要研究棉花秸秆水泥基砌块材料的配置和基本力学性能，配植物筋砌块砌体轴心抗压和通缝抗剪性能，配植物筋砌块墙体抗震性能。.结果表明：.（1）含水率近似相等情况下棉花秸秆各部位的抗拉强度从根部到稍部逐渐降低，含水率在50%-75%之间棉花秸秆抗拉强度最大。棉花秸秆弹性模量受品种、生长部位影响较小，干秸秆平均弹性模量在2.38-6.33GPa范围，含水秸秆平均弹性模量在1.22-2.83GPa范围。.（2）用碱处理法改性的棉杆纤维制备的砌块的力学性能较好；碱液浓度为1.5%-2.0%、浸泡时间24小时-28小时表面处理的的棉杆纤维制备的砌块的力学性能最优。.（3）棉花秸秆掺量是影响水泥基砌块强度的最主要因素，亦是最显著因素。将砌块中的棉花秸秆掺量分别设置为水泥质量的28%、25%、19.6%，铝粉掺量设置为水泥质量的1%，砂掺量分别设置为水泥质量的200%、210%、220%，可得到抗压强度在2.0~ 3.5MPa、4.0~ 5.5MPa和6.5~ 7.5MPa) 三种不同强度等级的棉花秸秆水泥基砌块，棉花秸秆水泥基砌块材料呈剪切破坏。.（4）在其它工况不变的情况下，采用B07级加气块比B06级加气块砌体的抗压强度平均提高25.6%，M7.5级砂浆比M5级砂浆砌筑砌体抗压强度平均提高12.2%，每层配植物筋与隔层配植物筋砌体较不配筋砌体抗压强度分别提高8.52%和2.84%；引入的修正系数 取0.7时拟合得到的配植物筋砌块砌体抗压强度计算值与试验值吻合较好。.（5）配植物筋砌体破坏形态为剪切破坏，砂浆强度对砌体抗剪强度影响最大，每层配筋砌体提高抗剪强度为隔层配筋砌体提高抗剪强度的近2倍。引入修正的回归系数K拟合得到配植物筋砌块砌体通缝抗剪计算公式，推导公式的计算结果与试验结果吻合较好。.（6）配植物筋砌块墙体比不配筋砌块墙体在平面内的刚度提高了15%，承载力提高了20%、延性提高了15%、耗能性提高了20%，配置植物筋增强了墙体的整体性。.配棉杆植物筋提高了砌块砌体抗剪性能，同时还降低了农民建房的成本，并实现了村镇住宅的绿色化、生态化。