配筋煤矸石多孔砖墙体有限元分析

闫欢欢++陈家前++梁海泉++赵成文++高连玉

摘 要：目的：为了研究有限元模拟配筋煤矸石墙体在特定边界条件与加载状况下的滞回性能的可靠性。方法：使用大型有限元软件ABAQUS中塑性损伤模型模拟配筋墙片的滞回。结果：模拟结果与配筋墙体拟静力试验结果受力特征相符，但是存在一定的误差。结论：采用ABAQUS模拟配筋墙体拟静力试验具有一定的可行性，但由于理论与实际的存在一定差别，不能准确地模拟出精确的结果，其模拟的结果可做参考。

关键词：配筋煤矸石墙体；ABAQUS；塑性损伤模型；滞回曲线

中图分类号：TU362 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）02-0091-02

为对煤矸石多孔砖配筋砖砌体及水平钢筋在拟静力试验中受力情况深入全面的了解，采用ABAQUS中的损伤塑性模型模拟配筋多孔砖墙片的滞回性能。

1 配筋多孔磚墙片有限元分析模型选择

使用ABAQUS中塑性损伤模型模拟配筋墙片的滞回，混凝土塑性损伤模型主要用来分析混凝土结构在循环和动力荷载作用下的受力情况，图1为考虑损伤的混凝土本构关系。

受拉采用断裂能开裂准则。采用脆性断裂的概念，定义断裂能为Ⅰ型裂纹张开单位面积所需要的能量，并将此作为材料参数。采用这种方法时，混凝土的力学性状通过应力—位移关系而不是应力—应变关系定义。断裂能开裂准则可通过定义后继破坏应力与开裂位移的关系而实现，如图2所示。

2 配筋多孔砖墙片ABAQUS分析主要步骤

2.1 创建模型与网格划分

利用交互式图形环境ABAQUS/CAE创建配筋多孔砖墙片各组成部件，建立配筋多孔砖墙片各组成部分的材料和截面属性并将其赋予各部件，各部件组装，装配件划分网格。

2.2 创建分析步、定义边界条件与施加荷载

定义分析步，在不同的分析步中定义各部件间的相互作用（如接触、绑定等），施加边界条件和荷载，以模拟配筋多孔砖墙片实际受力情形。

2.3 提交分析作业计算分析

本次模拟采用通用分析模块ABAQUS/Standard。

2.4 查看对比结果

通过ABAQUS/Viewer读入分析结果数据，并与试验结果对比分析。

3 配筋多孔砖墙片有限元分析模型建立

3.1 基本假定

（1）不考虑竖向灰缝抗剪强度，砂浆与多孔砖间没有滑移；（2）水平钢筋与砂浆可靠粘结，接触面之间无滑动。

3.2 材料参数及本构关系

表1给出了压缩时煤矸石圆孔砖应力和损伤因子随非弹性应变的变化关系，配筋多孔砖墙片各组成材料的本构关系如图3～4所示，￠6.5钢筋弹性模量ES=2.1×105MPa。

3.3 计算模型建立

选取煤矸石配筋多孔砖墙体MYQ-3作为计算模型进行有限元分析，配筋墙片尺寸为2000mm 1600mm 240mm，隔3皮砖2￠6.5钢筋。墙体与钢筋混凝土顶梁和底梁采用绑定约束，将多孔砖和混合砂浆合并（merge）到一起，钢筋插入（embed）到混合砂浆单元中如图5所示；多孔砖使用三维线性减缩积分单元（C3D8R），钢筋采用桁架单元（T3D2），砂浆使用实体壳单元（SC8R）如图6所示；约束配筋墙片底部X、Y、Z方向的自由度，钢筋混凝土顶梁端部为反复水平荷载加载面，采用位移控制施加反复水平荷载，并在顶梁施加恒定竖向压应力。

4 有限元结果分析

4.1 配筋墙片MYQ-3

图7是有限元模拟所得配筋墙片MYQ-3的滞回曲线，图8是拟静力试验所得配筋墙片滞回曲线，可以看出模拟与试验所得滞回曲线吻合较好。滞回曲线在达到极限荷载后，承载力下降缓慢，说明在达到极限荷后，钢筋对墙体的承载力的增加起到了很大的作用。

图9为配筋墙片MYQ-3的Mises应力云图，图10为最大等效塑性应变云图，从图9中可以看出最大主拉应力基本位于墙体的中部两对角线的连线上；由图10中可以看出等效应变位于墙体的对角线，这与墙体的破坏特征基本吻合。

4.2 水平钢筋分析

图11为水平钢筋的Mises应力云图，图12为水平钢筋最大位移云图。

从图中可以看出配筋墙片MYQ-3沿对角线与水平钢筋相交处Mises应力与位移最大，与拟静力试验结果相符。

5 结语

采用大型有限元软件ABAQUS中混凝土塑性损伤模型模对配筋墙体在特定边界条件与加载状况下进行了配筋墙片的滞回性能有限元模拟，并与配筋墙体的拟静力试验值进行对比，模拟结果与配筋墙体拟静力试验结果受力特征相符，但存在一定的误差，所以用ABAQUS模拟配筋墙片拟静力试验有一定的可行性，但由于理论模拟与实际存在一定的差别，其模拟的结果也只能作为参考。

参考文献：

[1]赵成文，尚义明，周康，乔辉.蒸压粉煤灰砖墙片抗震性能试验研究[J].沈阳建筑大学学报，2009年10月.

[2]赵成文，乔辉，高连玉.蒸压粉煤灰实心砖墙体抗震性能试验研究[J].沈阳建筑大学学报，2010年3月.

[3]赵春香.砌体墙片抗震性能研究[J].哈尔滨工程大学，2007.