基于試驗(yàn)的承重保溫砌塊本構(gòu)關(guān)系

劉凌翔,謝獻(xiàn)忠,劉錫軍

(湖南科技大學(xué)土木工程施工過程與質(zhì)量安全控制湖南省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湘潭411201)

0 引 言

承重自保溫結(jié)構(gòu)是我國近幾年提出的一種新型保溫節(jié)能結(jié)構(gòu)形式,該結(jié)構(gòu)墻體由蒸壓加氣混凝土砌塊和配制的輕質(zhì)砌筑砂漿砌筑而成.蒸壓加氣混凝土砌塊的干表觀密度一般為325～825 kg/m3,抗壓強(qiáng)度為3～6 MPa,導(dǎo)熱系數(shù)為0.10～0.20 W/(m?K)[1].由于保溫砌塊和普通燒結(jié)或混凝土砌塊的基本力學(xué)性能差別較大,砌塊在砌體中的受力狀態(tài)和破壞機(jī)理也有所不同,研究保溫砌塊的本構(gòu)關(guān)系對保溫砌體數(shù)值分析具有極為重要的意義.根據(jù)文獻(xiàn)[2]所述,不同砌塊尺寸和不同約束條件下所獲得的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系并不相同,為了模擬砌體中砌塊的實(shí)際受力特征,本試驗(yàn)采用電液伺服試驗(yàn)機(jī)對5個保溫砌塊進(jìn)行受壓試驗(yàn),模擬砌塊在砌體中相近的受力條件,獲得相應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系,為保溫砌體有限元分析提供基本力學(xué)參數(shù).

1 試驗(yàn)方案及結(jié)果

(1)試件尺寸

圖1 砌塊加載裝置

保溫砌體中保溫砌塊的變形模量低于輕質(zhì)砂漿的變形模量,砂漿對砌塊具有一定的約束效應(yīng),本試驗(yàn)采用5塊湘潭發(fā)電廠粉煤灰制作的規(guī)格為A5.0、尺寸為240 mm×115 mm×90 mm的保溫砌塊,在加載板接觸面的摩擦力作用下產(chǎn)生的側(cè)向約束遠(yuǎn)大于一般單軸受壓試驗(yàn)的約束效應(yīng),故此試驗(yàn)方法獲得的全應(yīng)力-應(yīng)變曲線可模擬保溫砌塊在砌體中的約束效應(yīng),加載方式如圖1所示.

(2)加載設(shè)備及數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)采用微機(jī)控制電液伺服試驗(yàn)機(jī)WAW-600L的壓縮功能進(jìn)行加載,在受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€測試過程中,不需要另外增加剛性元件,試驗(yàn)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的加載程序進(jìn)行自動控制和數(shù)據(jù)采集.

(3)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)機(jī)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)整理得到保溫砌塊實(shí)測應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€和歸一化處理后的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€如圖2、圖3所示.

2 數(shù)據(jù)分析

(1)屈服應(yīng)力σy和屈服應(yīng)變εy的確定

由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性,根據(jù)幾何作圖法確定σy和εy,其方法如圖4所示.

幾何作圖法,作直線OA與曲線初始段相切,與過σo的水平線相交于A點(diǎn),作垂線AB與曲線交于

圖4 初始屈服點(diǎn)的確定

B點(diǎn),連OB并延伸交于C點(diǎn),作垂線的Y點(diǎn),及相應(yīng)的屈服應(yīng)力和應(yīng)變.根據(jù)實(shí)測應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)分析,當(dāng)初始應(yīng)力很小時,由于構(gòu)件接觸面不密實(shí),造成位移過大的假象,不能作為確定初始切線的依據(jù),數(shù)據(jù)處理中采用0.15倍σo應(yīng)力與0.3倍σo應(yīng)力和相應(yīng)的應(yīng)變作為初始切線斜率計(jì)算依據(jù).

(2)極限應(yīng)力σμ和極限應(yīng)變εμ的確定

確定極限點(diǎn)應(yīng)力 σμ可以取最大承載力下降15%所對應(yīng)的應(yīng)力值,即 σu=0.85σ0和相對應(yīng)的應(yīng)變 εμ[3].

(3)試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性分析

為了檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性是否符合一般統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對所測得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,其具體分析數(shù)據(jù)見表1所示.

表1 保溫試塊試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性分析表

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析,所有特征點(diǎn)參數(shù)的最大變異系數(shù)為0.161,小于0.2達(dá)到一般試驗(yàn)水平,其中屈服應(yīng)變的變異系數(shù)為0.098,表明彈性階段試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性較小(因數(shù)據(jù)量較少,此變異系數(shù)并不能代表該參數(shù)的離散性),所測數(shù)據(jù)可作為參數(shù)分析的依據(jù).

3 受壓本構(gòu)方程

以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),根據(jù)文獻(xiàn)[4]建議的受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€理論方程為:

為了和標(biāo)準(zhǔn)公式統(tǒng)一,對試驗(yàn)平均值進(jìn)行歸一化處理,其結(jié)果如表2.

表2 特征點(diǎn)歸一化分析表

保溫砌塊本構(gòu)關(guān)系理論曲線及與試驗(yàn)結(jié)果對比分析如圖5、圖6所示.

4 結(jié) 語

(1)通過模擬約束保溫砌塊的受壓試驗(yàn)所得的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€,其試驗(yàn)結(jié)果離散性較小,可作為保溫砌塊本構(gòu)方程的依據(jù);

(2)通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處理,獲得保溫砌塊本構(gòu)方程與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好;

(3)基于試驗(yàn)結(jié)果的保溫砌塊受壓本構(gòu)方程能模擬砌塊實(shí)際受力及變形特征,可作為保溫砌體數(shù)值模擬的基本參數(shù).

[1]全國水泥制品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB11968-2006蒸壓加氣混凝土砌塊[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006:2-3.

[2]Hemant B.Kaushik,Durgesh C.Rai,Sudhir K.Jain,M.ASCE.Stress-Strain Characteristics of Clay Brick Masonry under Uniaxial Compression[J].JOURNAL OF MATERIALS IN CIVIL ENGINEERING ASCE/SEPTEMBER,2007:728-739.

[3]過鎮(zhèn)海,時旭東.鋼筋混凝土原理和分析[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009.

[4]過鎮(zhèn)海,張秀琴.單調(diào)荷載下的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€試驗(yàn)研究[M].北京:清華大學(xué)出版社,1981.

[5]過鎮(zhèn)海,張秀琴,等.混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,1982,(3):1-12.