轴心受压砌体本构关系的试验研究

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1、第1卷第2期2006年9月中国科技论文在线SCIENCEPAPERONLINE153轴心受压砌体本构关系的试验研究易伟建，李鹏（湖南大学土木工程学院410082）摘要：本文通过利用9个标准砌体试件的轴向受压试验和其他一些学者的试验数据，结合已有的砌体和混凝土的本构模型，提出了一个砌体全曲线本构关系。该本构关系由两段曲线光滑连接而成。其表达式简单，同时又能高度逼近试验曲线，便于工程应用与有限元分析。关键词：砌体结构，轴心受压，本构关系中图分类号：TU375.6文献标识码：A文章编号：1673—7180(2006)02—0153－4１引言砌体结构作为一种古老的结构形式目前

2、还广泛应用于我国的低层和多层民用住宅建筑当中。砌体是由块体和砂浆砌筑而成的整体材料。而砂浆是由无机胶凝材料、细骨料和水组成。由于施工和材料的物理化学性质等原因,砌体在加载以前就存在许多裂缝。在加载过程中,由于这些裂缝的发展，块体和砂浆的刚度不同，致使砌体应力—应变曲线呈现图1四段直线式模型出非线性。由于砌体结构受材料性能上的非均匀性，使得砌体结构的力学性能的试验结果较为离散。砌体的受压应力－应变关系是砌体结构中的一项基本力学性能。由于得出砌体受压本构关系的过程中带有经验性和某些假定,因此，不同的研究人员可能会得到不同的本构关系。为此国内外学者进行了深入的研究，提出了十

3、余种砌体受压应力－应变图2曲线加直线三段式模型曲线的表达式。从其表达式的形式上可分为对数函数型、指数函数型、多项式型和有理分式型等。全曲线的表达又可分为用一个方程式来表达和采用上升、下降段分别用两个或两个以上的方程式来表达。本文完成了9个标准砌体轴心受压试件试验。在对试验结果分析整理的基础上对砌体轴心受压构件的本构关系进行了探讨。2已有模型图3光滑曲线式模型以下是几种具有代表性的应力－应变全曲线Онищик在30年代提出了较为经典的对数型[1,2,3]。图1为Atkinson等人提出的简化四段直线式；公式：图2为A.Bemardini等人提出，上升段为曲线，下ε=−1

4、.1ln⎛⎜1−σ⎞⎟（1）[3]ξ⎜⎝1.1fk⎟⎠降段为两段直线；图3是由A.Madan等人提出的连续曲线式。式中：ε——砌体应变；σ——砌体应力；ξ——与块体类别和砂浆强度有关的弹性特E-mail：microly@163.com第1卷第2期154轴心受压砌体本构关系的试验研究2006年9月[3]征值；A.Madan等人提出的砌体受压本构关系：f——砌体抗压强度的标准值。kσmax(εε0)γ湖南大学的施楚贤教授在公式（1）的基础上，σ=γ（5）γε−+1()ε0根据对87个砖砌体的试验资料统计分析结果，提出以砌体抗压强度的平均值f为基本变量的砌体应m式中γ=−E

5、EE()；E、E意义见图3。mmsecmsec力—应变关系式：1⎛σ⎞结合图3和式（5）来看，这一砌体本构关系充ε=−ln⎜1−⎟（2）f⎜f⎟分反映了试验曲线的特征：有上升段、下降段和软ξm⎝m⎠化段；有峰值点、有拐点。当ε趋近于∞时，σ趋按最小二乘法得上式中的待定系数近于0。但公式较为复杂，对各种砌体材料的拟合ξ=460(fm以MPa计)。因此砖砌体受压应力情况仍需研究。－应变公式为：很多学者也以三次多项式来表达砌体应力－应1⎛σ⎞变关系。利用三次多项式分析、推导相对于分式形ε=−ln⎜⎜1−⎟⎟（3）式和对数函数形式简单方便，但这些三次多项式只460fm⎝fm⎠

6、能表达曲线的上升段，无法对完整的曲线进行描述。根据作者的研究，对于灌孔混凝土砌块砌体，Turnsek等根据试验结果提出抛物线型砌体应可取ξ=500。力－应变关系式：以上两种模型都是对砌体应力－应变曲线的上1.17σεε⎛⎞⎛⎞升段的描述，前者无法反映块体强度的影响，而后=−6.4⎜⎟⎜⎟5.4（6）σεεf时，ε趋近于∞，这与事实不符。max⎝⎠⎝⎠00者在σ趋近于m由于与最大压应力对应的压应变、下降段的斜率以Powell和Hodgkinson[4]提出了更简单的关系及砌体的极限压应变，对配筋砌体和砌体结构的抗式：震设计有着重要的意义，因此，以上两种本构关系2σ⎛⎞⎛

7、⎞εε模型在配筋砌体非线性有限元分析中的应用受到一=−2⎜⎟⎜⎟（7）σεε定的限制。max⎝⎠⎝⎠00[2]曾晓明、杨伟军等在湖南大学的施楚贤教授国内外学者提出的砌体受压本构关系虽多，但提出的公式的基础上对砌体受压本构模型进行了改由于材料、施工、试验等的变异性，设计和分析理进。根据试验所得曲线的四个阶段采用四个表达形论的各种要求，如何较好地用公式来表达砌体受压式相同的多项式进行描述，利用各段曲线光滑连接应力—应变全曲线仍值得研究。以及各段曲线上的特征点确定多项式的系数，从而3试验结果整理及分析得到了一条光滑完整的砌体受压应力－应变全曲本次试验共试压