李十泉，郭煜豐，黃鑫，張?zhí)锾?/p>

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

0 引言

以燒結(jié)普通磚[1]（L×b×h=240 mm×115 mm×53 mm）為例，分析其不同工況的受力情況及斷裂條件，總結(jié)空手劈磚的技巧，得到其劈磚荷載。

1 工況及分析

1.1 工況A

磚簡支于水平面上，支座內(nèi)邊緣距離為L1，如圖1（a）。劈磚時，磚受到F作用，距左右支座邊緣分別為a1和b1。相應(yīng)結(jié)構(gòu)簡圖、內(nèi)力圖見圖1（b）、（c）、（d）。

此時，磚下側(cè)受拉，危險截面為作用面，其下邊緣點為危險點。由矩形截面梁的彎曲切應(yīng)力分布規(guī)律可知，最大切應(yīng)力發(fā)生在截面中性軸處，此處彎曲正應(yīng)力為零。故點的應(yīng)力單元如圖1（e）。A1點正應(yīng)力計算如式（1）所示。

圖1 工況A分析

式中：M為截面彎矩，W為磚的抗彎截面系數(shù)。

點A1處主拉應(yīng)力計算如式（2）所示。

磚為脆性材料，據(jù)第一強度理論失效準(zhǔn)則，斷裂條件為：

式中：σ1為磚的單向拉伸斷裂時的強度。

劈磚時，需使σ1盡可能大，可從兩方面考慮：①選擇合適的布置方位；②彎矩盡量大。

1.2 工況B

工況B為：將砌塊一端支承在固定面上，并用手按住，另一端懸挑，見圖2（a）。懸挑部分長度為a2。圖2（b）為其結(jié)構(gòu)簡圖，內(nèi)力圖見圖2（c）和（d）。剪力在各截面上相同。最大彎矩處截面（固定端）為危險截面，磚上側(cè)受拉，危險截面的上邊緣點B2為危險點。點B2應(yīng)力單元見圖2（e）。

圖2 工況B分析

磚橫放，彎矩應(yīng)盡量大，工況B中最大彎矩計算如式（4）所示。

因此，劈磚擊打點應(yīng)盡量靠近自由端，才更易斷。

2 算例分析

普通粘土磚（GB 5101—2017）未提供磚的抗拉強度取值。而早期規(guī)范中，曾涉及相關(guān)強度要求。參照非燒結(jié)普通粘土磚（JC 422—1991）[2]中的強度要求，基于中等強度的普通粘土磚，抗壓強度均值不低于20.0 MPa，則相應(yīng)的σt為3.0 MPa?；谝陨戏治?，選擇適當(dāng)參數(shù)，代入各工況，所得破壞荷載見表1。同等條件下，工況B明顯省力。

表1 工況算例

3 動載效應(yīng)

文獻(xiàn)[3]認(rèn)為劈磚動力因數(shù)Kd為：

式中：h沖擊荷載與磚之間的自由落差；△st為沖擊荷載作為靜荷載作用于磚上時，用點的靜位移。據(jù)此，文獻(xiàn)[3]認(rèn)為，理想條件下，Kd值在11~16.7。

4 結(jié)論

（1）基于“空手劈磚”這一表演，從不同工況開展了力學(xué)建模與分析，結(jié)合工程力學(xué)，逐步分析其中的力學(xué)問題及影響因素。

（2）工況A中，砌塊簡支時，將磚橫放，選中間位置劈磚，破壞荷載為2 936 N。工況B中，砌塊懸挑時，將磚橫放，選最遠(yuǎn)端劈磚，破壞荷載為1 078 N。工況B明顯省力?？紤]動力因數(shù)Kd后，工況B的破壞荷載不超過539 N。

（3）文獻(xiàn)[3]中的分析存在兩個問題：磚的破壞強度應(yīng)以抗拉強度為驗算目標(biāo)，而不是抗壓強度；文獻(xiàn)中動力因數(shù)Kd所用公式有誤，該公式只適用于自由落體。應(yīng)將劈磚過程基于“能量守恒”原則進(jìn)行分析。