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文檔簡(jiǎn)介
1、生土窯洞是豫西黃土高原極具特色的民居形式,也是黃土高原最為經(jīng)濟(jì)的建筑形態(tài),是我國寶貴的建筑文化遺產(chǎn)。料姜石是生土窯洞所在黃土層中的一種特殊材料,其狀如生姜,與黃土、碳酸鈣等膠結(jié)成鈣質(zhì)結(jié)核層,俗稱“料姜石層”。料姜石層的存在改變了黃土層的力學(xué)性質(zhì),為生土窯洞的生成創(chuàng)造了有利的條件。
據(jù)豫西居民所述,料姜石層在窯洞中扮演了極其重要的角色,可以提高黃土層的強(qiáng)度。當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)窯洞選址時(shí),會(huì)選擇在料姜石層下面開挖窯洞,相當(dāng)于在窯洞上面增加
2、了一道過梁,進(jìn)而可以改善窯洞的受力狀況,因此可以采取增大窯室的跨度、增加窯腿的高度、將拱曲線改為平頭拱等改變窯洞幾何形狀的措施,達(dá)到擴(kuò)大窯洞可利用空間,為居民生活提供便利的目的。然而,人們對(duì)料姜石層的作用僅僅有個(gè)淺顯的定性認(rèn)識(shí),料姜石層的存在對(duì)生土窯洞結(jié)構(gòu)性能究竟有哪些影響、影響程度如何尚不得而知。
為了挖掘豫西生土窯洞中料姜石層的作用,筆者從黃土的材料物理力學(xué)性質(zhì)入手,探討不同位置、不同厚度的料姜石層對(duì)生土窯洞結(jié)構(gòu)性能的影響
3、,揭示先輩在窯洞選址的科學(xué)內(nèi)涵所在。本文以“十二五”國家科技支撐計(jì)劃課題——“傳統(tǒng)窯居建筑結(jié)構(gòu)安全性能提升關(guān)鍵技術(shù)研究”(2014BAL06B03)為依托,以豫西生土窯洞為研究對(duì)象,通過室內(nèi)試驗(yàn)量化了不同粒徑及含量的料姜石對(duì)黃土材料力學(xué)性質(zhì)的影響,采用試驗(yàn)得出的材料參數(shù)借助數(shù)值模擬軟件從結(jié)構(gòu)性能方面探討料姜石在生土窯洞的作用,量化分析了料姜石對(duì)生土窯洞結(jié)構(gòu)性能的影響,探索料姜石層的位置及厚度對(duì)生土窯洞位移、應(yīng)變、受力狀態(tài)的變化規(guī)律。本文
4、所做的主要工作如下:
(1)本文通過在豫西三門峽廟上村、窯底村、北營村及洛陽等地區(qū)對(duì)生土窯洞進(jìn)行實(shí)地調(diào)研,挖掘料姜石層的分布狀態(tài),并在豫西當(dāng)?shù)厥占罅康牧辖?、黃土、含料姜石的黃土,為豫西黃土材料的室內(nèi)試驗(yàn)做好充足的準(zhǔn)備。
(2)通過對(duì)豫西黃土材料開展了天然含水率試驗(yàn)、界限含水率試驗(yàn)、料姜石檢測(cè)試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)等物理性能試驗(yàn),獲得豫西黃土材料的基本物理參數(shù)、黃土中料姜石的含量及粒徑。
(3)通過對(duì)含有4種粒徑
5、(0~2mm、2~5mm、5~10mm、混合粒徑)及5種含量(10%、20%、30%、40%、50%)的料姜石黃土試樣分別開展了無側(cè)限抗壓試驗(yàn)、彈性模量試驗(yàn)及三軸剪切試驗(yàn),得出了不同粒徑及含量下料姜石黃土試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值、彈性模量值、抗剪強(qiáng)度指標(biāo),并根據(jù)結(jié)果建立不同粒徑下黃土無側(cè)限強(qiáng)度、彈性模量、抗剪強(qiáng)度與料姜石含量的數(shù)學(xué)模型,量化分析料姜石粒徑及含量對(duì)黃土材料力學(xué)性質(zhì)的影響。
(4)采用試驗(yàn)所得的材料參數(shù),運(yùn)用有限元軟
6、件Ansys建立多個(gè)生土窯洞模型,對(duì)比分析窯洞拱頂有無料姜石層以及4種厚度(0.15m、0.3m、0.45m、0.6m)的料姜石層對(duì)窯洞位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、塑性應(yīng)變的影響,探索料姜石層的厚度對(duì)窯洞周邊土體位移及其受力狀態(tài)的變化規(guī)律,量化分析拱頂料姜石層對(duì)生土窯洞結(jié)構(gòu)性能的影響,并得出拱頂料姜石層的最優(yōu)厚度為0.3m。
?。?)建立多個(gè)生土窯洞有限元模型,對(duì)比分析拱腳處有無料姜石層以及4種厚度(0.15m、0.3m、0.45m、0.6
7、m)料姜石層對(duì)窯洞位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、塑性應(yīng)變的影響,探索拱腳料姜石層的厚度對(duì)窯洞周邊土體位移及其受力狀態(tài)的變化規(guī)律,量化分析料姜石層位于拱腳處時(shí)對(duì)生土窯洞結(jié)構(gòu)性能的影響,并得出拱腳料姜石層的最優(yōu)厚度為0.45m。
?。?)對(duì)比分析窯腿處有無料姜石層以及4種厚度(0.15m、0.3m、0.45m、0.6m)料姜石層對(duì)窯洞位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、塑性應(yīng)變的影響,探索窯腿料姜石層的厚度對(duì)窯洞周邊土體位移及其受力狀態(tài)的變化規(guī)律,量化分析料姜石層位
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