基于ANSYS的小型混凝土砌块孔形对正应力的影响

陈桂林， 张 建， 王 颖

(毕节市工业学校，贵州 毕节 551700)

基于ANSYS的小型混凝土砌块孔形对正应力的影响

陈桂林， 张 建， 王 颖

(毕节市工业学校，贵州 毕节 551700)

文章用ANSYS软件对当前市场上常见的2种混凝土空心砌块的正应力进行对比分析，其它参变量相同，孔形的过渡圆弧不同的情况下，仿真结果表明：半径为30mm的砌块在X、Z方向上的压应力和拉应力优于半径为35mm的砌块；半径为35mm的砌块的承重能力优于半径为30mm砌块；半径为30mm的砌块在X、Z方向上的稳定性优于半径为35mm的砌块性。因此，合理地选取孔形的过渡圆弧，有利于提高普通混凝土砌块的抗拉和抗压性能。

混凝土空心砌块；孔形；过渡圆弧；正应力

由于普通小型混凝土空心砌块具有取材便捷、施工方便、经济等诸多优点，已成为国内外墙体砌筑的的重要材料之一。目前国内外不少学者致力于混凝土砌块的力学性能及其影响因素的研究以及砌块的力学性能研究，但对普通小型混凝土空心砌块孔形的变化对其力学性能影响的研究很少，这在某一程度上影响着小型混凝土空心砌块的应用。为了保证普通小型混凝土空心砌块具有良好的力学性能，以及更好的节能目的，本文用ANSYS软件对当前市场上常见的2种空心混凝土砌块由静力引起的3轴正应力进行对比分析。

1 混凝土砌块正截面承载力方程

混凝土空心砌块正截面承载力应按下列基本假定进行计算：①截面应保持平面；②不考虑混凝土的抗拉强度；③混凝土受压的应力应变关系按下列规定取用。

当εc≤ε0时

(1)

当εc≤ε0≤εcu时σc=fc

(2)

(3)

(4)

(5)

其中，σc为混凝土压应变为εc时的混凝土压应力；fc为混凝土轴心抗压强度设计值：fc为混凝土压应力达到fc时的混凝土压应变，当计算的ε0值小于0.002时，取为0.002：εcu为正截面的混凝土极限压应变，当处于非均匀受压且按公式5计算的值大于0.0033时，取为0.0033，当处于轴心受压时取为ε0：fcu,k为混凝土立方体抗压强度标准值：n为系数，当计算值大于2.0时，n取2.0。

2 仿真模型的建立

本文采用Solidworks软件建立混凝土空心砌块仿真模型，模型1和2的几何尺寸如图1所示，将

图1 仿真模型

该模型导入ANSYS软件中对混凝土空心砌块进行赋值，然后进行体网格划分，材料的密度为1.2×103kg/m3,弹性模量为2.8×104MPa，泊松比为0.2。

3 仿真模型的设定

设定如下：①混凝土单元定义为SOLID65单元。②忽略混凝土空心砌块自身的重力。③模型上表面沿Y轴负方向施加0.2MPa的压力。④模型下表面施加全约束。

4 结果分析

将ANSY中的仿真数据导入Matlab中进行分析，X方向上的正应力云图如图所示，模型1最大压应力发生在底面四角及其附近，最大拉应力发生在靠近下表面沿X方向的左右侧壁上和中间肋壁上，其最大压应力为0.07MPa，最大拉应力为0.013MPa。同理，模型2最大压应力发生在底面四角及其附近，最大拉应力发生在靠近下表面沿X方向的左右侧壁上和中间肋壁上，其最大压应力为0.072MPa，最大拉应力为0.014MPa。

Y方向上的正应力云图如图所示，模型1最大压应力发生在底面四角及其附近，最大拉应力发生在下表面孔的周边上，其最大压应力为0.29MPa，最小压应力为0.16MPa。同理，模型2最大压应力发生在底面四角及其附近，最大拉应力发生在下表面孔的周边上，其最大压应力为0.289MPa，最小压应力为0.1575MPa。

图2 模型在X方向的应力云图

图3 模型在Y方向的应力云图

Z方向上的正应力云图如图4所示，模型1最大压应力发生在底面四角及其附近，最大拉应力发生在上表面沿X方向孔的左右棱边和下表面沿Z方向孔的前后棱边上，其最大压应力为0.068MPa，最大拉应力为0.013MPa。同理，模型2最大压应力发生在底面四角及其附近，最大拉应力发生在上表面沿X方向孔的左右棱边和下表面沿Z方向孔的前后棱边上，其最大压应力为0.0723MPa，最大拉应力为0.015MPa。

5 结束语

本文利用ANSYS软件对混凝土空心砌块进行了静力仿真，对2中模型的混凝土空心砌块沿3轴方向的正应力进行分析，得到的结论如下：①过渡圆弧半径为30mm的方孔形内腔砌块在X、Z方向上的压应力和拉应力分别小于过渡圆弧半径为35mm的方孔形内腔砌块在X、Z方向上的压应力和拉应力。②过渡圆弧半径为30mm的方孔形内腔砌块在Y方向上的压应力和拉应力大于过渡圆弧半径为35mm的方孔形内腔砌块在Y方向上的压应力和拉应力。③过渡圆弧半径为35mm的方孔形内腔砌块在主承重能力优于过渡圆弧半径为30mm的方孔形内腔砌。④过渡圆弧半径为30mm的方孔形内腔砌块在X、Z方向上的稳定性优于过渡圆弧半径为35mm的方孔形内腔砌块在X、Z方向上的稳定性。

有必要进行深入研究合理地选择内腔中的过渡圆弧对混凝土空心砌块的压应力和拉应力的影响，本仿真还有待进一步的试验验证。

[1] 黄靓，李晓希，施楚贤，等．无砂浆灌孔砌块砌体的基本力学性能试验 [J]．武汉大学学报(工学版)，2015,(3):339-343．

[2] 黄 伟，孙小东.基于ANSYS对混凝土空心砌块砌体力学特性的有限元分析[J]．混凝土,2009,(5):118-121.

[3] 《建筑施工手册》第五版编委会，建筑施工手册(3)[M]．北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4] 何春林,龚成中.混凝土小型空心砌块的非线性力学性能[J].建筑材料学报,2008,(2):157-161.

[5] GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S]．

(责任编辑 陈化钢)

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

陈桂林(1965-)，女，贵州毕节人，讲师，从事工民建方面的教学与研究。

10.3969/j.issn.1671-6221.2015.03.003

TU522.3+4

A

1671-6221(2015)03-0007-03