郭秀芹 馬建勛* 成立濤

(1.西安交通大學(xué)，陜西西安 710049; 2.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安 710049)

配筋砌塊砌體是對(duì)普通砌體的改進(jìn)，既保留了傳統(tǒng)材料取材廣泛、施工方便、造價(jià)低廉的特點(diǎn)，又達(dá)到了節(jié)能減排的目的，同時(shí)其具有良好的材料性能。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者對(duì)配筋砌塊砌體做了很多的試驗(yàn)研究，并獲得一定成果[1-5]。但在非線性分析方面配筋砌塊砌體的研究相對(duì)較少。為此，本文對(duì)配筋砌塊砌體非線性有限元分析各種模型的適用性展開(kāi)研究，主要對(duì)其抗壓

試驗(yàn)進(jìn)行了模擬。

1 未灌芯混凝土砌塊砌體抗壓試驗(yàn)?zāi)M

采用全分離式模型、半分離式模型模擬宋力試驗(yàn)[6]的未灌芯混凝土砌塊抗壓實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)相關(guān)材料參數(shù)見(jiàn)表1，抗壓試件尺寸見(jiàn)圖1，頂部均勻加載;模型采用的具體參數(shù)見(jiàn)表2;模擬結(jié)果、規(guī)范計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比見(jiàn)表3。

表1 宋力抗壓試驗(yàn)分組及材料參數(shù)

圖1 宋力試驗(yàn)抗壓試件

表3 宋力試驗(yàn)?zāi)M、規(guī)范與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

從模擬結(jié)果來(lái)看半分離式模型分析的精度取決于規(guī)范公式的精度，精度較好在工程允許范圍內(nèi);而全分離模型由于假定的假設(shè)與實(shí)際的出入使得誤差較大。全分離模型砂漿破壞后，模型收斂困難，很難得到下降段曲線，而半分離式模型相對(duì)容易得到下降段曲線，典型的頂部豎向荷載與豎向位移曲線如圖2所示。

圖2 抗壓試驗(yàn)典型荷載位移曲線

2 灌芯混凝土砌塊砌體抗壓試驗(yàn)?zāi)M

采用全分離式模型、半分離式模型、整體模型模擬宋力試驗(yàn)[6]、全成華灌芯混凝土砌塊抗壓實(shí)驗(yàn)[7]。試驗(yàn)相關(guān)材料參數(shù)見(jiàn)表4，抗壓試件尺寸見(jiàn)圖3，頂部均勻加載;模型采用參數(shù)取用前述方法，具體參數(shù)見(jiàn)表5;模擬結(jié)果、規(guī)范計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比見(jiàn)表6。

3 模擬結(jié)果分析

采用全分離模型可以得到砌體各部分材料應(yīng)力的細(xì)節(jié)，以標(biāo)2(2)組為例進(jìn)行分析。砂漿的泊松比大于混凝土砌塊，所以豎向受力時(shí)砂漿受到砌塊的約束作用，其抗壓強(qiáng)度大于單軸抗壓強(qiáng)度。而結(jié)構(gòu)的破壞是始于砂漿的壓碎，部分砂漿的豎向壓應(yīng)力已達(dá)到18.09 MPa，超過(guò)了砂漿的單軸抗壓強(qiáng)度15.8 MPa(見(jiàn)表5)。但是荷載位移曲線還沒(méi)有出現(xiàn)下降段，從模擬結(jié)果來(lái)看結(jié)構(gòu)還沒(méi)有到達(dá)極限荷載，不收斂的原因在于砂漿的破壞引起的數(shù)值計(jì)算的困難。因此我們可以通過(guò)定義砂漿的應(yīng)力應(yīng)變曲線下降段為直線，并且關(guān)閉開(kāi)裂和壓碎選項(xiàng)，來(lái)減緩由于砂漿破壞帶來(lái)的數(shù)值計(jì)算的困難。但從模擬結(jié)果來(lái)看，極限荷載仍然偏低。造成這種結(jié)果的原因在于砂漿與砌塊剛接假設(shè)與砂漿屈服后砂漿與砌塊相互作用的行為不符。

表6 灌芯混凝土砌塊砌體模擬、規(guī)范與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

表4 灌芯混凝土砌塊砌體抗壓試驗(yàn)分組及材料參數(shù)

圖3 全成華灌芯混凝土砌塊砌體抗壓試驗(yàn)試件尺寸

表5 灌芯混凝土砌塊砌體抗壓試驗(yàn)有限元模擬材料參數(shù) MPa

由于砂漿的抗壓強(qiáng)度相對(duì)于砌塊和灌芯混凝土而言較小，在全分離模型中砂漿的破壞導(dǎo)致整體剛度矩陣出現(xiàn)多個(gè)小主元導(dǎo)致收斂困難，往往無(wú)法得到荷載位移曲線的下降段，所得極限荷載也較試驗(yàn)值和規(guī)范計(jì)算結(jié)果小。

從表3，表6中可以看出半分離式模型的模擬精度很大取決于均質(zhì)化的砌體本構(gòu)關(guān)系對(duì)于砂漿、砌塊組成的砌體的模擬精度。而未灌芯的砌塊砌體的本構(gòu)關(guān)系是以規(guī)范中混凝土砌塊砌體的力學(xué)參數(shù)為基礎(chǔ)，總結(jié)當(dāng)前砌體的本構(gòu)關(guān)系的特點(diǎn)后建立起來(lái)的，能夠較好的反映未灌芯混凝土砌塊砌體的力學(xué)行為。采用半分離式模型相較于全分離模型更容易收斂，可以得到荷載位移曲線的下降段。

4 結(jié)語(yǔ)

本文采用全分離式模型、半分離式模型、整體模型分別模擬宋力未灌芯混凝土及灌芯混凝土砌塊砌體受壓實(shí)驗(yàn)、全成華灌芯混凝土砌塊砌體抗壓實(shí)驗(yàn)，從中可以得出，全分離式模型由于砂漿的破壞導(dǎo)致整體剛度矩陣出現(xiàn)多個(gè)小主元導(dǎo)致收斂困難，無(wú)法得到荷載位移曲線的下降段，如何考慮砂漿的影響，同時(shí)又避免砂漿破壞導(dǎo)致的數(shù)值計(jì)算的困難，這是目前采用全分離式有限元模型模擬砌塊砌體的困難。而將砌體視為由砂漿、砌塊組成的均質(zhì)整體，即采用半分離式模型可以在一定程度上較好的解決這個(gè)問(wèn)題，采用半分離式模型可以較好模擬結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，同時(shí)避免引起砂漿過(guò)早破壞帶來(lái)的收斂困難。

[1] 姜洪斌，唐岱新，張洪濤.配筋混凝土小砌塊剪力墻承載力試驗(yàn)研究[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，34(3):31-34.

[2] 田玉濱，唐岱新.配筋砌塊墻體連梁承載能力的試驗(yàn)研究[J].低溫建筑技術(shù)，2002(2):20-21.

[3] 全成華，唐岱新.高強(qiáng)砌塊配筋砌體剪力墻抗剪性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2002，23(2):79-86.

[4] 楊偉軍，施楚賢.配筋砌塊砌體剪力墻抗剪承載力研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2001，31(9):25-27.

[5] 呂偉榮.砌體基本力學(xué)性能及高層配筋砌塊砌體剪力墻抗震性能研究[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，2007.

[6] 宋 力.混凝土砌塊砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究與非線性有限元分析[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，2005.

[7] 全成華，唐岱新，江 波.高強(qiáng)砌塊灌芯砌體強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，35(2):31-34.