軸心受壓砌體本構(gòu)關(guān)系的試驗(yàn)研究

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1、第1卷第2期2006年9月中國(guó)科技論文在線SCIENCEPAPERONLINE153軸心受壓砌體本構(gòu)關(guān)系的試驗(yàn)研究易偉建，李鵬（湖南大學(xué)土木工程學(xué)院410082）摘要：本文通過(guò)利用9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)砌體試件的軸向受壓試驗(yàn)和其他一些學(xué)者的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合已有的砌體和混凝土的本構(gòu)模型，提出了一個(gè)砌體全曲線本構(gòu)關(guān)系。該本構(gòu)關(guān)系由兩段曲線光滑連接而成。其表達(dá)式簡(jiǎn)單，同時(shí)又能高度逼近試驗(yàn)曲線，便于工程應(yīng)用與有限元分析。關(guān)鍵詞：砌體結(jié)構(gòu)，軸心受壓，本構(gòu)關(guān)系中圖分類號(hào)：TU375.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673—7180(2006)02—0153－4１引言砌體結(jié)構(gòu)作為一種古老的結(jié)構(gòu)形式目前

2、還廣泛應(yīng)用于我國(guó)的低層和多層民用住宅建筑當(dāng)中。砌體是由塊體和砂漿砌筑而成的整體材料。而砂漿是由無(wú)機(jī)膠凝材料、細(xì)骨料和水組成。由于施工和材料的物理化學(xué)性質(zhì)等原因,砌體在加載以前就存在許多裂縫。在加載過(guò)程中,由于這些裂縫的發(fā)展，塊體和砂漿的剛度不同，致使砌體應(yīng)力—應(yīng)變曲線呈現(xiàn)圖1四段直線式模型出非線性。由于砌體結(jié)構(gòu)受材料性能上的非均勻性，使得砌體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能的試驗(yàn)結(jié)果較為離散。砌體的受壓應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系是砌體結(jié)構(gòu)中的一項(xiàng)基本力學(xué)性能。由于得出砌體受壓本構(gòu)關(guān)系的過(guò)程中帶有經(jīng)驗(yàn)性和某些假定,因此，不同的研究人員可能會(huì)得到不同的本構(gòu)關(guān)系。為此國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了深入的研究，提出了十

3、余種砌體受壓應(yīng)力－應(yīng)變圖2曲線加直線三段式模型曲線的表達(dá)式。從其表達(dá)式的形式上可分為對(duì)數(shù)函數(shù)型、指數(shù)函數(shù)型、多項(xiàng)式型和有理分式型等。全曲線的表達(dá)又可分為用一個(gè)方程式來(lái)表達(dá)和采用上升、下降段分別用兩個(gè)或兩個(gè)以上的方程式來(lái)表達(dá)。本文完成了9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)砌體軸心受壓試件試驗(yàn)。在對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析整理的基礎(chǔ)上對(duì)砌體軸心受壓構(gòu)件的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了探討。2已有模型圖3光滑曲線式模型以下是幾種具有代表性的應(yīng)力－應(yīng)變?nèi)€Онищик在30年代提出了較為經(jīng)典的對(duì)數(shù)型[1,2,3]。圖1為Atkinson等人提出的簡(jiǎn)化四段直線式；公式：圖2為A.Bemardini等人提出，上升段為曲線，下ε=?1

4、.1ln??1?σ??（1）[3]ξ??1.1fk??降段為兩段直線；圖3是由A.Madan等人提出的連續(xù)曲線式。式中：ε——砌體應(yīng)變；σ——砌體應(yīng)力；ξ——與塊體類別和砂漿強(qiáng)度有關(guān)的彈性特E-mail：microly@163.com第1卷第2期154軸心受壓砌體本構(gòu)關(guān)系的試驗(yàn)研究2006年9月[3]征值；A.Madan等人提出的砌體受壓本構(gòu)關(guān)系：f——砌體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值。kσmax(εε0)γ湖南大學(xué)的施楚賢教授在公式（1）的基礎(chǔ)上，σ=γ（5）γε?+1()ε0根據(jù)對(duì)87個(gè)磚砌體的試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，提出以砌體抗壓強(qiáng)度的平均值f為基本變量的砌體應(yīng)m式中γ=?E

5、EE()；E、E意義見(jiàn)圖3。mmsecmsec力—應(yīng)變關(guān)系式：1?σ?結(jié)合圖3和式（5）來(lái)看，這一砌體本構(gòu)關(guān)系充ε=?ln?1??（2）f?f?分反映了試驗(yàn)曲線的特征：有上升段、下降段和軟ξm?m?化段；有峰值點(diǎn)、有拐點(diǎn)。當(dāng)ε趨近于∞時(shí)，σ趨按最小二乘法得上式中的待定系數(shù)近于0。但公式較為復(fù)雜，對(duì)各種砌體材料的擬合ξ=460(fm以MPa計(jì))。因此磚砌體受壓應(yīng)力情況仍需研究。－應(yīng)變公式為：很多學(xué)者也以三次多項(xiàng)式來(lái)表達(dá)砌體應(yīng)力－應(yīng)1?σ?變關(guān)系。利用三次多項(xiàng)式分析、推導(dǎo)相對(duì)于分式形ε=?ln??1???（3）式和對(duì)數(shù)函數(shù)形式簡(jiǎn)單方便，但這些三次多項(xiàng)式只460fm?fm?

6、能表達(dá)曲線的上升段，無(wú)法對(duì)完整的曲線進(jìn)行描述。根據(jù)作者的研究，對(duì)于灌孔混凝土砌塊砌體，Turnsek等根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出拋物線型砌體應(yīng)可取ξ=500。力－應(yīng)變關(guān)系式：以上兩種模型都是對(duì)砌體應(yīng)力－應(yīng)變曲線的上1.17σεε????升段的描述，前者無(wú)法反映塊體強(qiáng)度的影響，而后=?6.4????5.4（6）σεεf時(shí)，ε趨近于∞，這與事實(shí)不符。max????00者在σ趨近于m由于與最大壓應(yīng)力對(duì)應(yīng)的壓應(yīng)變、下降段的斜率以Powell和Hodgkinson[4]提出了更簡(jiǎn)單的關(guān)系及砌體的極限壓應(yīng)變，對(duì)配筋砌體和砌體結(jié)構(gòu)的抗式：震設(shè)計(jì)有著重要的意義，因此，以上兩種本構(gòu)關(guān)系2σ???

7、?εε模型在配筋砌體非線性有限元分析中的應(yīng)用受到一=?2????（7）σεε定的限制。max????00[2]曾曉明、楊偉軍等在湖南大學(xué)的施楚賢教授國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的砌體受壓本構(gòu)關(guān)系雖多，但提出的公式的基礎(chǔ)上對(duì)砌體受壓本構(gòu)模型進(jìn)行了改由于材料、施工、試驗(yàn)等的變異性，設(shè)計(jì)和分析理進(jìn)。根據(jù)試驗(yàn)所得曲線的四個(gè)階段采用四個(gè)表達(dá)形論的各種要求，如何較好地用公式來(lái)表達(dá)砌體受壓式相同的多項(xiàng)式進(jìn)行描述，利用各段曲線光滑連接應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)€仍值得研究。以及各段曲線上的特征點(diǎn)確定多項(xiàng)式的系數(shù)，從而3試驗(yàn)結(jié)果整理及分析得到了一條光滑完整的砌體受壓應(yīng)力－應(yīng)變?nèi)敬卧囼?yàn)共試壓