全国中文核心期刊 － ∞ ㈣ ∞ｘ 一一 § 钎 建巍 中国科技核心期－ｔ：１ 基于Ａｂａｑｕｓ Ｄ￣３ １ｉｔｉ］傩局部均匀受压分析 柯江 （陕西理工大学土木工程与建筑学院，陕西汉中７２３００１） 摘要：局部受压是砌体结构设计的一项重要内容，但其计算理论长期没有新的进展。基于Ａｂａｑｕｓ软件分析了砌体局部均匀受 压情况下的应力、承载力等。结果表明：竖向压应力从局部受压作用面处向周边、向深处变小，发生了力的扩散现象，有限元方法与按 ＧＢ ５０００３－－２０１１计算得到的局部抗压强度提高系数吻合较好，研究成果可为砌体局部受压承载力的计算理论改进提供参考依据。 关键词：局部受压；砌体；承载力；应力：Ａｂａｑｕｓ 中图分类号：ＴＵ３６２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—７０２Ｘ（２０１７）０７—００４９—０３ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌｏｃａｌ ｕｎｉｆｏｒｍ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｍａｓｏｎｒｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｂａｑｕｓ ＫＥ ． （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｓｃｉ－Ｔｅｃｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｚｈｏｎｇ ７２３００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍａｓｏｎｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｎｏ ｎｅｗ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｉｔｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ｆｏｒ ａ ｌｏｎｇ ｔｉｍｅ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ａｂａｑｕｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｅａｔｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｍａｓｏｎｒｙ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｕｎｉｆｏｒｍ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｂｅｃｏｍｅ ｓｍａｌｌ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｆａｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ，ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈｓ，ｉｔ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｆｏｒｃｅ，ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ＧＢ ５０００３－－２０１ １ ａｒｅ ｉｎ ｇｏｏｄ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅ— ｓｕｈｓ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｂｅａｔｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｍａｓｏｎｒｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｃａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ，ｍａｓｏｎｒｙ，ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｓｔｒｅｓｓ，Ａｂａｑｕｓ 局部受压是砌体结构中常见的一种受力状态，例如承受 上部柱或墙体压力的砌体基础顶面，梁或屋架端部支承面， 均产生局部受压。局部受压分为局部均匀受压和局部不均匀 ｌ计算模型 局部受压的砌体构件尺寸为长Ｘ宽×高＝１２００ ｍｍｘ４００ ｍｍ，根据局部受压位置的不同，本文考虑中心局压、 受压。砌体局部受压时，其局部抗压强度会提高，ＧＢ ５０００３－ ｍｍｘＳ００ ２０１ １（（砌体结构设计规范》通过砌体局部抗压强度提高系数来 边缘局压、端部局压３种情况，如图１所示（阴影部分为局部 表示，计算该系数的公式采用试验方法得到Ⅲ。砌体的局部受压 受压作用面）。 研究成果非常少，主要原因在于试验研究成本较高，难以系统 化研究；而采用有限元数值模拟的研究成本低，可以系统化大 量分析，但也存在寻找合适的有限元软件及其合适的结构模型 问题，个别有限元分析采用线弹性模型显然难以达到目的 。 砌体的抗压强度远高于抗拉强度，属于脆性材料，其力 学性质与混凝土材料很相似，故本研究采用有限元分析软件 Ａｂａｑｕｓ中的ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｄａｍａｇｅ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｍｏｄ８来研究砌体在 局部均匀压力作用下的位移、应力、应变、局部抗压强度提高 ＿０ ４ （ａ）中心局压 重 ４Ｌ＿ ０＿ （ｂ）边缘局压 系数，并与按ＧＢ ５０００３－－２０１１计算的结果进行对比。 基金项目：陕西省教育厅项目（１６ＪＫ１ １４３） 收稿日期：２０１７—０３—０８ ＿ — ０— （ｃ）端部局压 作者简介：柯江，男，１９７６年生，陕西白河人，硕士，讲师。研究方向： 土木工程非线性数值模拟。地址：陕西省汉中市东环路陕西理工大学 土建学院土木工程教研室，Ｅ—ｍａｉｌ：ｋｊ５５２５＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ。 图１砌体局部受压 采用Ａｂａｑｕｓ有限元程序建模，材料模型采用混凝土损伤 塑 ［￣（ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｄａｍａｇｅ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ’ｍｏｄｅ１），单元Ｃ３ＤＳＲ，尺 ＮＥＷ ＢＵＩ ＬＤ ＪＮＧ ＭＡＴＥＲ ＪＡＬ５ ・４９・ 柯江：基于Ａｂａｑｕｓ的砌体局部均匀受压分析 、Ｊ ４０ ｍｉｎｘ４０ ｍｍｘ４０ ｍｎｌ，倚拔及边 条件为：底面固定，顶部 Ｉｔ１。ｉｔＩｊ 址局部均匀受压，小能采川ｔ化移』Ｊｕ载，Ｊ』能采用 ３ 一．一一－一 ０［Ｏｉ＝Ｏ［－ｌ］＝ｌ匡ｉ２２２３ ０３６０３７ｅ斗７０ ＪＪ ｌｌ钱， 局 受 施加均 分 压应 ｒ，．（该值 １３７２４孽３６ｉ翁３§ ｃ。２４９ ７２ 允 （ ５０００３－－２０１ １仆 １个偏人Ｖ，Ｊ｛ｉ＇ｆ，有限兀分析 收 敛终ＩＩ：汁 ＿Ｉ１ｊ的 １个 步， 为所能承受的最大 力），建 ● 的仃 几十Ｉ！型见罔２。材料参数：烧结普通砖ＭＵ１０、眇浆 Ｍ７．５，埘Ｊ、 ，ｊ砌体抗Ｊ 强度设计ｆｆｆ １．６９ ＭＰａ、抗掩强度设计 ｆｆＩｆ ０．１６ ＭＩ， 弹性模 ２７０４ ＭＰａ，｝ｎ松比０．１５。为了加快计算 收敛，仃ｃｕ体受 （拉） 力一Ｊ 变肋线达剑峰值应力后取为‘ 水、 线，采川ｎ勺砌体受 、受扎的 力一 变曲线见图３。 图３砌体应力一应变曲线 ２局部均匀受压仃限尤分析 ２．１ 中心局压 达到最人局部受 乐找 ｌ１１Ｊ，得到如 ４所 Ｉ 心ｊ『１ｊ 图２有限元模型 Ｊ１ ，Ｊ ｒ 向何移（㈨ ）等 线、一 ¨ｊ Ｊ 力（。 Ｒ匮 ＭＰａ）等ｆｆ｛线、等效 性Ｊ 变（叮反 塑 Ｉｔ！Ｉｘ：的分 ）等竹线 ＋＋十＋＋＋＋＋＋＋ ７６Ｓ５４３２ｉ８０ ５Ｉ。８Ｏ１３５６３Ｏ ≮，ｌ８斗１７斗０７５０ ｅ尊ｅ ｅ ｅｅ ｅ ｅ ｅ ｅ Ｓ。ＳＳ３ ｆＡｖｇ：７５％， 日一ａ０．１５４ ．２ｌ８卜牛 ０．卜牛一０，５８９ ９６０ 卜＋一ｌ，＋ｉ．７０２ ３３ｉ －卜＋－２ ０７４ ．２．－２，４４５ ８ｌ６Ｕ一３ １８７ （ ）。 Ｉ／Ｊ＇位移（模 的＿ｆｊ１ 部分） （ｂ） 向 麻力（模， 的 、卜 分） （ｃ）等效 ｒＩ Ｊ ．蹙（模 的 、卜 分） 图４ 中心局压的竖向位移、竖向压应力和等效塑性应变等值线 … ４ ｌｌＪ 以看小：－ 向位移１，｝＝ 局 作用面中心附近 的－ 向位移（ｎ¨ｎ）等ｆｆ【线、 Ｊｆｉ Ｊ 力（ＭＰａ）等值线、等效 最人，然 川边、向深处，叟小：一 向Ｉ１ 力从中心局 作川 性 变等值线。 …处 川边、 深处变小；等效塑性 变 Ｉ｛１心局压作用而 ＩＩ】 ５可以看出： 向化移、等效塑性应变 边缘＾ ｉ作 ｒ｝，心最人，然 向周边、向深处变小。按ＧＢ ５０００３－－２０１ １汁 ｊ｝】 的外侧巾心均为最大，然 川边、向深处变小： 向ＪＩｊ 剑的Ｊｌｌ】部抗ｎｊ强度捉商系数为１．６４，ｆ『限元计算得剑的局 Ｊ Ｊ从边缘局¨｛作用Ｉ６ 川边、阳深处变小。按ＧＢ ５（）（】０３— 抗ＪＩｉ 度捉ｒ岛系数为１．８６（采用有限元分析得到的受Ｈ｛承裁 ２０１ ｌ汁算得到的局部抗爪似度摊ｒ 系数为１．６４（与ｉｉ７￣ｄｉ＇Ｊ， ｆ１ ）Ｊ３２２．１ ｋＮ汁鲜所得），按规范汁算值偏小ｌ １．８％。 心埘Ｊ 相等，显然 合 ）， 几计算得到的局部抗 度 ２．２边缘局压 提离系数为１．５７（由仃 几分析 剑的受压乐载）ｄ２７１．】ｋＮ汁ｔ 达到址大局部受 承找力时，得到如图５所示边缘局 算所得），规范计算值偏大４．５％。 ・５０・ 新型建筑材料 ２０１７．７ 柯＂２ｒ－：基于Ａｂａｑｕｓ的砌体局部均匀受压分析 Ｓ Ｓ３３ ３ ０ Ｂ］＝ｆ时Ｂ ｑ （Ａｖｇ：≯Ｓｑ酝） ＰＥＥＱ 目嚣嚣 时耄时： －１．－１．１１ ４ ４３７４７ １，ｏ６３－（Ａｖｇ：７５勺 ８ｅ ８ｅ ８ｅ ９ｅ ９ｅ ９ｅ ９ｅ ５ｅ ８ｅ ０ｅ 卜＋－一《！２。 ｇ８０ ６９６ （ａ）竖向位移（模型的右半部分） （ｂ）竖向压应力（模型的右半部分） （ｃ）等效塑性应变（模型的右半部分） 图５边缘局压的竖向位移、竖向压应力和等效塑性应变等值线 ２．３端部局压 压的竖向位移（ｍｍ）等值线、竖向压应力（ＭＰａ）等值线、等效 在达到最大局部受压承载力时，得到如图６所示端部局 塑性应变等值线。 （ａ）竖向位移（模型的左半部分） （ｂ）竖向压应力（模型的左半部分） （ｃ）等效塑性应变（模型的左半部分） 鹕 谨“Ｈｎ 蝴 由图６可以看出：竖向位移、等效塑性应变在端部局压作 元计算值与ＧＢ ５０００３－－２０１１计算值相比吻合较好，其中，中 用面的外侧边缘均为最大，然后向周边、向深处变小；竖向压 心局压按规范计算偏小，边缘局压、端部局压按规范计算偏大； 应力在左侧底部边缘附近由于应力集中是最大的，从顶部局压 ３种局压情况下的最大竖向压应力均比单轴抗压强度要大， ［ｉ］＝［ｉ］＝ｆ 图６端部局压的竖向位移、竖向压应力和等效塑性应变等值线 作用面处向周边、向深处变小。按ＧＢ ５０００３－－２０１１计算得到的 验证了砌体局部受压时有些部位由于处于双轴受压、三轴受 局部抗压强度提高系数为１．２５，有限元计算得到的局部抗压强 压状态，使砌体的局部抗压强度得到提高。 度提高系数为１．０６（由有限元分析得到的受压承载力２８７．５ ｋＮ 计算所得），规范计算值偏大１７．９％。 垒士； 本研究可以为砌体局部受压承载力的计算改进提供一定 的理论依据，但由于砌体（烧结砖砌体、多孔砖砌体、混凝土砖 砌体、混凝土砌块砌体、石砌体）种类众多，材料性质复杂等因 素，还需进行大量的系统化研究。 基于Ａｂａｑｕｓ软件，建立了砌体局部均匀受压的有限元模 型，分析了砌体在中心局压、边缘局压、端部局压３种情况下 参考文献： ［１］施楚贤．砌体结构［Ｍ］－３版．北京：中国建筑工业出版社，２０１２． ［２］崔兆彦，刘福胜，孙雷．新型多排孔混凝土砌块砌体局部均匀受 的竖向位移、竖向压应力、等效塑性应变的分布情况，并采用 有限元计算了３种情况下的局部抗压强度提高系数，分别与 ＧＢ ５０００３－－２０１ １计算值进行比较，结果表明： 外侧中心、在端部局压作用面的外侧边缘，竖向位移、等效塑 性应变都最大，然后向周边、向深处变小；竖向压应力分别从 中心局压作用面处、边缘局压作用面处、端部局压作用面处向 周边、向深处变小，验证了砌体局部受压时力的扩散理论。 （２）３种局压情况下，砌体局部抗压强度提高系数的有限 压分析［Ｊ】．新型建筑材料，２０１３，４０（１１）：６０－６２． ３】杨卫忠，王博．砌体局部受压有限元分析ｆＪ］．四川建筑科学研究， （１）在中心局压作用面的中心附近、在边缘局压作用面的 ［２０１１，３７（５）：７４—７７． 【４］张志宏，金新阳，边保林，等．连续梁中部支座与垫梁端部支座砌 体局部受压验算方法【Ｊ１．建筑科学，２００７，２３（５）：１－４． ［５］秦士洪，刘小勤，骆万康．烧结页岩多孔砖砌体局部均匀受压试 验研究ｆＪ１．建筑结构，２００６，３６（１１）：７３—７６． Ａ ＮＥＷ ＢＵＩ ＬＤＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ・５１・
