基于ANSYS的小型混凝土砌塊孔形對(duì)正應(yīng)力的影響

陳桂林， 張 建， 王 穎

(畢節(jié)市工業(yè)學(xué)校，貴州 畢節(jié) 551700)

基于ANSYS的小型混凝土砌塊孔形對(duì)正應(yīng)力的影響

陳桂林， 張 建， 王 穎

(畢節(jié)市工業(yè)學(xué)校，貴州 畢節(jié) 551700)

文章用ANSYS軟件對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)上常見的2種混凝土空心砌塊的正應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比分析，其它參變量相同，孔形的過渡圓弧不同的情況下，仿真結(jié)果表明：半徑為30mm的砌塊在X、Z方向上的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力優(yōu)于半徑為35mm的砌塊；半徑為35mm的砌塊的承重能力優(yōu)于半徑為30mm砌塊；半徑為30mm的砌塊在X、Z方向上的穩(wěn)定性優(yōu)于半徑為35mm的砌塊性。因此，合理地選取孔形的過渡圓弧，有利于提高普通混凝土砌塊的抗拉和抗壓性能。

混凝土空心砌塊；孔形；過渡圓??；正應(yīng)力

由于普通小型混凝土空心砌塊具有取材便捷、施工方便、經(jīng)濟(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)外墻體砌筑的的重要材料之一。目前國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者致力于混凝土砌塊的力學(xué)性能及其影響因素的研究以及砌塊的力學(xué)性能研究，但對(duì)普通小型混凝土空心砌塊孔形的變化對(duì)其力學(xué)性能影響的研究很少，這在某一程度上影響著小型混凝土空心砌塊的應(yīng)用。為了保證普通小型混凝土空心砌塊具有良好的力學(xué)性能，以及更好的節(jié)能目的，本文用ANSYS軟件對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)上常見的2種空心混凝土砌塊由靜力引起的3軸正應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比分析。

1 混凝土砌塊正截面承載力方程

混凝土空心砌塊正截面承載力應(yīng)按下列基本假定進(jìn)行計(jì)算：①截面應(yīng)保持平面；②不考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度；③混凝土受壓的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系按下列規(guī)定取用。

當(dāng)εc≤ε0時(shí)

(1)

當(dāng)εc≤ε0≤εcu時(shí)σc=fc

(2)

(3)

(4)

(5)

其中，σc為混凝土壓應(yīng)變?yōu)棣與時(shí)的混凝土壓應(yīng)力；fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：fc為混凝土壓應(yīng)力達(dá)到fc時(shí)的混凝土壓應(yīng)變，當(dāng)計(jì)算的ε0值小于0.002時(shí)，取為0.002：εcu為正截面的混凝土極限壓應(yīng)變，當(dāng)處于非均勻受壓且按公式5計(jì)算的值大于0.0033時(shí)，取為0.0033，當(dāng)處于軸心受壓時(shí)取為ε0：fcu,k為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：n為系數(shù)，當(dāng)計(jì)算值大于2.0時(shí)，n取2.0。

2 仿真模型的建立

本文采用Solidworks軟件建立混凝土空心砌塊仿真模型，模型1和2的幾何尺寸如圖1所示，將

圖1 仿真模型

該模型導(dǎo)入ANSYS軟件中對(duì)混凝土空心砌塊進(jìn)行賦值，然后進(jìn)行體網(wǎng)格劃分，材料的密度為1.2×103kg/m3,彈性模量為2.8×104MPa，泊松比為0.2。

3 仿真模型的設(shè)定

設(shè)定如下：①混凝土單元定義為SOLID65單元。②忽略混凝土空心砌塊自身的重力。③模型上表面沿Y軸負(fù)方向施加0.2MPa的壓力。④模型下表面施加全約束。

4 結(jié)果分析

將ANSY中的仿真數(shù)據(jù)導(dǎo)入Matlab中進(jìn)行分析，X方向上的正應(yīng)力云圖如圖所示，模型1最大壓應(yīng)力發(fā)生在底面四角及其附近，最大拉應(yīng)力發(fā)生在靠近下表面沿X方向的左右側(cè)壁上和中間肋壁上，其最大壓應(yīng)力為0.07MPa，最大拉應(yīng)力為0.013MPa。同理，模型2最大壓應(yīng)力發(fā)生在底面四角及其附近，最大拉應(yīng)力發(fā)生在靠近下表面沿X方向的左右側(cè)壁上和中間肋壁上，其最大壓應(yīng)力為0.072MPa，最大拉應(yīng)力為0.014MPa。

Y方向上的正應(yīng)力云圖如圖所示，模型1最大壓應(yīng)力發(fā)生在底面四角及其附近，最大拉應(yīng)力發(fā)生在下表面孔的周邊上，其最大壓應(yīng)力為0.29MPa，最小壓應(yīng)力為0.16MPa。同理，模型2最大壓應(yīng)力發(fā)生在底面四角及其附近，最大拉應(yīng)力發(fā)生在下表面孔的周邊上，其最大壓應(yīng)力為0.289MPa，最小壓應(yīng)力為0.1575MPa。

圖2 模型在X方向的應(yīng)力云圖

圖3 模型在Y方向的應(yīng)力云圖

Z方向上的正應(yīng)力云圖如圖4所示，模型1最大壓應(yīng)力發(fā)生在底面四角及其附近，最大拉應(yīng)力發(fā)生在上表面沿X方向孔的左右棱邊和下表面沿Z方向孔的前后棱邊上，其最大壓應(yīng)力為0.068MPa，最大拉應(yīng)力為0.013MPa。同理，模型2最大壓應(yīng)力發(fā)生在底面四角及其附近，最大拉應(yīng)力發(fā)生在上表面沿X方向孔的左右棱邊和下表面沿Z方向孔的前后棱邊上，其最大壓應(yīng)力為0.0723MPa，最大拉應(yīng)力為0.015MPa。

5 結(jié)束語

本文利用ANSYS軟件對(duì)混凝土空心砌塊進(jìn)行了靜力仿真，對(duì)2中模型的混凝土空心砌塊沿3軸方向的正應(yīng)力進(jìn)行分析，得到的結(jié)論如下：①過渡圓弧半徑為30mm的方孔形內(nèi)腔砌塊在X、Z方向上的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力分別小于過渡圓弧半徑為35mm的方孔形內(nèi)腔砌塊在X、Z方向上的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力。②過渡圓弧半徑為30mm的方孔形內(nèi)腔砌塊在Y方向上的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力大于過渡圓弧半徑為35mm的方孔形內(nèi)腔砌塊在Y方向上的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力。③過渡圓弧半徑為35mm的方孔形內(nèi)腔砌塊在主承重能力優(yōu)于過渡圓弧半徑為30mm的方孔形內(nèi)腔砌。④過渡圓弧半徑為30mm的方孔形內(nèi)腔砌塊在X、Z方向上的穩(wěn)定性優(yōu)于過渡圓弧半徑為35mm的方孔形內(nèi)腔砌塊在X、Z方向上的穩(wěn)定性。

有必要進(jìn)行深入研究合理地選擇內(nèi)腔中的過渡圓弧對(duì)混凝土空心砌塊的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力的影響，本仿真還有待進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證。

[1] 黃靚，李曉希，施楚賢，等．無砂漿灌孔砌塊砌體的基本力學(xué)性能試驗(yàn) [J]．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2015,(3):339-343．

[2] 黃 偉，孫小東.基于ANSYS對(duì)混凝土空心砌塊砌體力學(xué)特性的有限元分析[J]．混凝土,2009,(5):118-121.

[3] 《建筑施工手冊(cè)》第五版編委會(huì)，建筑施工手冊(cè)(3)[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[4] 何春林,龔成中.混凝土小型空心砌塊的非線性力學(xué)性能[J].建筑材料學(xué)報(bào),2008,(2):157-161.

[5] GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

(責(zé)任編輯 陳化鋼)

Hole Shape Influence Normal Stress of small concrete block Based on ANSYS

CHENG Gui-ling, ZHANG Jian, WANG Ying

(1. Bijie Polytechnic School，BiJie 551700,China.2. Science and Technology limited liability company of Chang Feng，Lan Zhou,730000,China)

Using ANSYS software, the transitional circular arc of the hole shape is different with the other parameters are same，the simulation results show that the compressive stress and tensile stresses of the block with 30 mm radius are better than block with 35 mm radius in the X, Z direction; the bearing ability of the block with 35 mm radius is better than block with 30 mm radius; the stability of the block with 30 mm radius is better than block with 35 mm radius in the Y direction. Therefore, we choose the hole shape transition arc reasonably, it would improve tensile resistance and compressive resistance properties of the common concrete block.

concrete hollow block; hole shape; transition arc; normal stress

2015-03-10；

2015-05-12

陳桂林(1965-)，女，貴州畢節(jié)人，講師，從事工民建方面的教學(xué)與研究。

10.3969/j.issn.1671-6221.2015.03.003

TU522.3+4

A

1671-6221(2015)03-0007-03