混凝土砌块砌体力学 Y20-19，凝土砌块的设计和砌体结构的应用提供新的方法。
1有限元模型的建立1.1计算模型砌块的力学研究通常都以单轴受压应力应变关系为主,按照整体性、各向同性的方式进行简化处理。在工程中,砌块所承受的主要荷载为上部墙体的自重,而砂浆对砌块的约束作用相对较小,可忽略其影响[4]。模拟实际受力情形,约束砌块底部位移,在它的顶部施加均布压力,进行非线性分析。选择模型尺寸为390mm190mm190mm进行分析计算,其中所有肋宽均为30mm,模型的空心率为52.6%(图1)。1.2单元类型的选取在ANSYS中,Solid65单元常被用来模拟钢筋混凝土和岩石等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料[5],本文使用无筋的Solid65图1砌块模型图图2砌块单元划分图图4砌块荷载应力图单元模拟砌块材料。1.3本构关系与破坏准则混凝土的本构关系对混凝土结构的非线性分析有重大影响。本文使用的应力应变关系是Sargin的本构关系[6~7],使用Mises屈服条件、等向强化的多线性本构模型[8],采用Willam-Warnke五参数破坏准则。砌块采用C30混凝土材料。1.4加载方式和求解设置采用自由网格划分方法,考虑砌块在墙体中的实际受力情况,在顶面施加垂直均布荷载15MPa,约束底部的所有自由度,砌块单元网格划分见图2。
2砌块有限元计算结果分析2.1位移和应力分析均布荷载作用在顶面时,砌块的竖向位移和竖向应力如图3和图4所示。随着荷载的增加可以看出,位移和应力逐渐增大,当荷载达到12MPa以后,可以看出荷载位移曲线和荷载应力曲线稍微有点弯曲,可以看出明显的非线性,表明砌块已经产生塑性变形,且位移发生在砌块顶面,位移值是0.207311mm。从图5应力图中可以看出,在砌块的边图3砌块荷载位移图角部位产生一定的应力集中,边角的位置产生较大的应力。在砌块的实际设计中,在尺寸上要注意平缓过渡,避免产生应力集中现象,从而影响砌块的整体受力性能。2.2裂纹和塑性区分析竖向塑性应变分布如图6所示,塑性应变为-6.610-4,主要分布在底面四个边角外侧及其两端部中间内侧壁位置,表明在荷载作用下,在底面四角外侧和中间内侧壁位置产生的塑性变形比较大。可以看出条裂纹出现在四个边角,Solid65可以显示出裂纹的位置。
3砌体轴压试件的有限元分析3.1模型建立与参数设置根据上述砌块进行砌体的有限元分析,采用相同的本构关系进行计算,在砌体顶部施加荷载,底部全部约束。砌块采用C30混凝土,砂浆采用M10。砌体模型见图7,砂浆单元图见图8,模型的本构关系与砌块图5Mises应力图图6塑性应变图图7砌体模型图图8砂浆单元划分图分析相同。3.2砌体有限元计算结果分析在均布荷载作用下,砌体和砌块的变形相同,竖向位移为0.0254mm。砌体中砌块和砂浆与荷载子步的位移关系见图9,砌块与砂浆的竖向应力与荷载子步的关系见图10。从图9可以看出砂浆和砌块的位移随荷载的增加,呈现线性变化。从图10可以发现砌块的竖向应力为直线,而砂浆的应力已经达到极限承载力,出现非线性变化,导致整个砌体破坏。
