蒸压加气混凝土楼板抗弯性能试验及有限元模拟

一、前言

蒸压加气混凝土（ACC）板是以水泥、石灰和砂为主要原料，根据结构性能要求配置不同数量钢筋所形成的一种轻质、多孔的新型楼板，具有自重轻、防火性能好、隔热和保温等优点。目前蒸压加气混凝土墙板的应用较为普遍，而近年来国内研制开发的CRB高延性冷轧带肋钢筋，由于具有明显屈服点、塑性好、强度高与混凝土握裹力强等优点而得到了应用。本文通过对配置CRB600H钢筋）蒸压加气混凝土楼板进行抗弯性能试验，了解楼板裂缝开展情况、短期挠度、抗裂及抗弯承载力，并采用ANSYS进行了有限元模拟。

二、试验介绍

试验参数如下：

试验体几何现场照片如下：

试验结果如下：

试验体几何现场照片如下：

试验结果如下：

三、有限元模拟

为更加全面了解蒸压加气混凝土板的抗弯性能，采用大型通用有限元软件ANSYS进行有限元模拟计算，钢筋采用link180单元，蒸压加气混凝土采用Solid65单元，采用分离式方法进行建模计算。

钢筋本构采用理想弹塑性双折线BKIN模型，钢筋参数由实验确定，根据相关规定要求对于没有明显屈服段的钢筋，其屈服强度取其极限强度的85%。CRB600屈服强度取555Mpa，泊松比为0.3，弹性模量为190Gpa，密度为7850kg/m3。蒸压加气混凝土的本构关系中单轴受压应力-应变趋势与普通混凝土本构关系基本相同，区别主要在于加气混凝土的弹性模量、峰值应力低于普通混凝土，因此此处本构关系参照《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（2015版本）附录C，采用多线性强化MISO模型，弹性模量为1900Mpa，密度为525kg/m3，混凝土抗压强度取2.6MPa，抗拉强度取0.28MPa，泊松比为0.2。

四、有限元结果分析

本次模拟首先计算了板在标准荷载作用下的响应，考虑结构装修荷载标准值1.5KN/m2，结构活载标准值2KN/m2，为测试B2板的开裂荷载及极限荷载，在板跨1/4处施加局部均布荷载，采用单调加载方式。根据有限元计算，得到B2板的各项数据如下所示：

以B2-1#板为例，在极限荷载作用下蒸压加气混凝土板的裂缝云图及钢筋应力云图如下所示。

计算结果表明，在板达到破坏状态时，受拉区钢筋最大应力为109Mpa，受压区钢筋最大应力为186Mpa，均未达到钢筋屈服应力555MPa，钢筋强度未得到充分利用，这与现场实际结果较为吻合。

提取模型跨中节点竖向位移，绘制荷载-位移曲线，并与试验曲线进行对比，如下图所示。

五、有限元与试验结果对比

将本次有限元计算结果与试验结果进行对比分析：

1）有限元计算结果与试验结果误差对比如表2.1。

2）有限元计算标准荷载作用下的挠度较为吻合，极限荷载及极限荷载作用下的挠度相差较大。分析其主要原因如下：

1、有限元计算过程当中假定钢筋为理想弹塑性；

2、从荷载-位移曲线可看出，在弹性阶段，两者吻合较好，达到接近极限荷载后，试验位移明显快速增大，说明这与蒸压加气混凝土本身材料特性有关。

3、有限元计算当中没考虑钢筋与混凝土之间的粘结滑移，采用共节点方式进行建模计算，在试验当中，当混凝土受拉区混凝土开裂，受压区混凝土被压碎后，试件钢筋锚固长度不足，钢筋出现滑移，产生较大变形。

作者：水哥ANSYS，仿真秀专栏作者。

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