配筋煤矸石多孔磚墻體有限元分析

閆歡歡++陳家前++梁海泉++趙成文++高連玉

摘 要：目的：為了研究有限元模擬配筋煤矸石墻體在特定邊界條件與加載狀況下的滯回性能的可靠性。方法：使用大型有限元軟件ABAQUS中塑性損傷模型模擬配筋墻片的滯回。結(jié)果：模擬結(jié)果與配筋墻體擬靜力試驗(yàn)結(jié)果受力特征相符，但是存在一定的誤差。結(jié)論：采用ABAQUS模擬配筋墻體擬靜力試驗(yàn)具有一定的可行性，但由于理論與實(shí)際的存在一定差別，不能準(zhǔn)確地模擬出精確的結(jié)果，其模擬的結(jié)果可做參考。

關(guān)鍵詞：配筋煤矸石墻體；ABAQUS；塑性損傷模型；滯回曲線

中圖分類號：TU362 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0091-02

為對煤矸石多孔磚配筋磚砌體及水平鋼筋在擬靜力試驗(yàn)中受力情況深入全面的了解，采用ABAQUS中的損傷塑性模型模擬配筋多孔磚墻片的滯回性能。

1 配筋多孔磚墻片有限元分析模型選擇

使用ABAQUS中塑性損傷模型模擬配筋墻片的滯回，混凝土塑性損傷模型主要用來分析混凝土結(jié)構(gòu)在循環(huán)和動力荷載作用下的受力情況，圖1為考慮損傷的混凝土本構(gòu)關(guān)系。

受拉采用斷裂能開裂準(zhǔn)則。采用脆性斷裂的概念，定義斷裂能為Ⅰ型裂紋張開單位面積所需要的能量，并將此作為材料參數(shù)。采用這種方法時，混凝土的力學(xué)性狀通過應(yīng)力—位移關(guān)系而不是應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系定義。斷裂能開裂準(zhǔn)則可通過定義后繼破壞應(yīng)力與開裂位移的關(guān)系而實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。

2 配筋多孔磚墻片ABAQUS分析主要步驟

2.1 創(chuàng)建模型與網(wǎng)格劃分

利用交互式圖形環(huán)境ABAQUS/CAE創(chuàng)建配筋多孔磚墻片各組成部件，建立配筋多孔磚墻片各組成部分的材料和截面屬性并將其賦予各部件，各部件組裝，裝配件劃分網(wǎng)格。

2.2 創(chuàng)建分析步、定義邊界條件與施加荷載

定義分析步，在不同的分析步中定義各部件間的相互作用（如接觸、綁定等），施加邊界條件和荷載，以模擬配筋多孔磚墻片實(shí)際受力情形。

2.3 提交分析作業(yè)計(jì)算分析

本次模擬采用通用分析模塊ABAQUS/Standard。

2.4 查看對比結(jié)果

通過ABAQUS/Viewer讀入分析結(jié)果數(shù)據(jù)，并與試驗(yàn)結(jié)果對比分析。

3 配筋多孔磚墻片有限元分析模型建立

3.1 基本假定

（1）不考慮豎向灰縫抗剪強(qiáng)度，砂漿與多孔磚間沒有滑移；（2）水平鋼筋與砂漿可靠粘結(jié)，接觸面之間無滑動。

3.2 材料參數(shù)及本構(gòu)關(guān)系

表1給出了壓縮時煤矸石圓孔磚應(yīng)力和損傷因子隨非彈性應(yīng)變的變化關(guān)系，配筋多孔磚墻片各組成材料的本構(gòu)關(guān)系如圖3～4所示，￠6.5鋼筋彈性模量ES=2.1×105MPa。

3.3 計(jì)算模型建立

選取煤矸石配筋多孔磚墻體MYQ-3作為計(jì)算模型進(jìn)行有限元分析，配筋墻片尺寸為2000mm 1600mm 240mm，隔3皮磚2￠6.5鋼筋。墻體與鋼筋混凝土頂梁和底梁采用綁定約束，將多孔磚和混合砂漿合并（merge）到一起，鋼筋插入（embed）到混合砂漿單元中如圖5所示；多孔磚使用三維線性減縮積分單元（C3D8R），鋼筋采用桁架單元（T3D2），砂漿使用實(shí)體殼單元（SC8R）如圖6所示；約束配筋墻片底部X、Y、Z方向的自由度，鋼筋混凝土頂梁端部為反復(fù)水平荷載加載面，采用位移控制施加反復(fù)水平荷載，并在頂梁施加恒定豎向壓應(yīng)力。

4 有限元結(jié)果分析

4.1 配筋墻片MYQ-3

圖7是有限元模擬所得配筋墻片MYQ-3的滯回曲線，圖8是擬靜力試驗(yàn)所得配筋墻片滯回曲線，可以看出模擬與試驗(yàn)所得滯回曲線吻合較好。滯回曲線在達(dá)到極限荷載后，承載力下降緩慢，說明在達(dá)到極限荷后，鋼筋對墻體的承載力的增加起到了很大的作用。

圖9為配筋墻片MYQ-3的Mises應(yīng)力云圖，圖10為最大等效塑性應(yīng)變云圖，從圖9中可以看出最大主拉應(yīng)力基本位于墻體的中部兩對角線的連線上；由圖10中可以看出等效應(yīng)變位于墻體的對角線，這與墻體的破壞特征基本吻合。

4.2 水平鋼筋分析

圖11為水平鋼筋的Mises應(yīng)力云圖，圖12為水平鋼筋最大位移云圖。

從圖中可以看出配筋墻片MYQ-3沿對角線與水平鋼筋相交處Mises應(yīng)力與位移最大，與擬靜力試驗(yàn)結(jié)果相符。

5 結(jié)語

采用大型有限元軟件ABAQUS中混凝土塑性損傷模型模對配筋墻體在特定邊界條件與加載狀況下進(jìn)行了配筋墻片的滯回性能有限元模擬，并與配筋墻體的擬靜力試驗(yàn)值進(jìn)行對比，模擬結(jié)果與配筋墻體擬靜力試驗(yàn)結(jié)果受力特征相符，但存在一定的誤差，所以用ABAQUS模擬配筋墻片擬靜力試驗(yàn)有一定的可行性，但由于理論模擬與實(shí)際存在一定的差別，其模擬的結(jié)果也只能作為參考。

參考文獻(xiàn)：

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