砌體材料及其力學(xué)性能

第三節(jié)無無筋砌體體的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度平均值值一、砌體軸軸心受壓的的破壞特征征二、影響砌砌體抗壓強(qiáng)強(qiáng)度的主要要因素三、各類砌砌體抗壓強(qiáng)強(qiáng)度平均值值的計(jì)算一、砌體軸軸心受壓的的破壞特征征引言砌體的受壓壓工作性能能與單一勻勻質(zhì)材料有有明顯區(qū)別別，由于砂砂漿鋪砌不不均勻等因因素，塊體的抗壓壓強(qiáng)度不能能充分發(fā)揮揮，使砌體體的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度一般低低于單個(gè)塊塊體的抗壓壓強(qiáng)度。為了正確確了解砌體體的受壓工工作性能，，有必要介介紹磚砌體體軸心受壓壓及破壞過過程。一、砌體軸軸心受壓的的破壞特征征磚與砂漿的的應(yīng)力應(yīng)變變特征f應(yīng)力峰值fmax0ε峰值應(yīng)變?chǔ)?極限應(yīng)變?chǔ)舥磚為脆性材材料，具有有較長的直直線段，達(dá)達(dá)fu后很快達(dá)到到εu而破壞。ε0：0.001~0.0015εu：0.0011~0.0023圖1磚的應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變特征一、砌體軸軸心受壓的的破壞特征征磚與砂漿的的應(yīng)力應(yīng)變變特征σ/fpr,m0ε/ε0峰值應(yīng)變?chǔ)?極限應(yīng)變?chǔ)舥與磚相比，，砂漿具有有較好的變變形能力。。ε0：0.0014~0.0021εu：0.003以上圖2砂漿的應(yīng)力力應(yīng)變特征征1.磚砌體軸心心受壓破壞壞過程從加壓到破破壞，磚砌砌體大致經(jīng)經(jīng)歷三個(gè)受受力階段：：第一階段——單磚先裂：N(加壓荷載)≈0.5-0.7Nu(破壞荷載)，某些單磚磚出現(xiàn)豎向向裂縫，停停止加載，，裂縫停止止發(fā)展。第二階段——裂縫沿豎向向貫穿若干干皮磚：N≈0.8-0.9Nu，單磚內(nèi)的的個(gè)別裂縫縫連接形成成貫穿幾皮皮磚的豎向向裂縫，停停止加載，，裂縫繼續(xù)續(xù)發(fā)展，即即對(duì)荷載長長期效應(yīng)而而言，砌體體已經(jīng)達(dá)到到破壞荷載載。第三階段——形成若干獨(dú)獨(dú)立小柱子子：對(duì)短期荷荷載而言，，為砌體完完全破壞瞬瞬間，即砌砌體達(dá)到極極限強(qiáng)度，，呈失穩(wěn)或或壓碎破壞壞。2.砌體受壓時(shí)時(shí)的受力狀狀態(tài)分析(1)兩組磚砌體體的試驗(yàn)結(jié)結(jié)果——揭示有必要要對(duì)砌體受壓時(shí)時(shí)的受力狀狀態(tài)進(jìn)行分分析試件尺寸370mm╳240mm，高720mm組別磚的強(qiáng)度(N/mm2)砂漿的強(qiáng)度(N/mm2)破壞荷載(KN)砌體的強(qiáng)度(N/mm2)水泥砂漿5.755.401862.10水泥石灰砂漿8.801.401782.00第一組試件：砌體的強(qiáng)度低于磚的強(qiáng)度，也低于砂漿的強(qiáng)度第二組試件：砌體的強(qiáng)度低于磚的強(qiáng)度，但高于砂漿的強(qiáng)度2.砌體受壓時(shí)時(shí)的受力狀狀態(tài)分析(2)砌體受壓時(shí)時(shí)的受力狀狀態(tài)1)砌體中的每每一塊磚并并不是均勻勻受壓，而而是同時(shí)受受彎曲及剪剪切的作用用?！u的表面不不平整、砂砂漿鋪砌不不可能十分分均勻。(磚并不處于于均勻受壓壓狀態(tài)，因因磚的抗剪剪、抗彎強(qiáng)強(qiáng)度低而出出現(xiàn)第一批批裂縫。)——砌體的抗壓壓強(qiáng)度總是是比磚的強(qiáng)強(qiáng)度小。(砌體破壞也也只是局部部截面上的的磚被壓壞壞。就整個(gè)個(gè)截面來說說，磚的抗抗壓能力并并沒有被充充分利用。。)2.砌體受壓時(shí)時(shí)的受力狀狀態(tài)分析(2)砌體受壓時(shí)時(shí)的受力狀狀態(tài)2)砌體豎向受受壓時(shí)，要要產(chǎn)生橫向向變形?！獜?qiáng)度等級(jí)低低的砂漿橫橫向變形比比磚大。(磚與砂漿存存在的粘結(jié)結(jié)力，保證證兩者具有有共同的變變形，而產(chǎn)產(chǎn)生交互作作用。)——用低強(qiáng)度等等級(jí)砂漿砌砌筑的砌體體，其抗壓壓強(qiáng)度可以以高于砂漿漿強(qiáng)度。(磚上下受壓壓，橫向受受拉；砂漿漿處于各向向受壓狀態(tài)態(tài)，其抗壓壓強(qiáng)度有所所增加。)——強(qiáng)度等級(jí)高高的砂漿和和磚的橫向向變形相差差很小。(兩者交互作作用不明顯顯，砌體的的強(qiáng)度不能能高于砂漿漿本身的強(qiáng)強(qiáng)度。)2.砌體受壓時(shí)時(shí)的受力狀狀態(tài)分析(2)砌體受壓時(shí)時(shí)的受力狀狀態(tài)3)砌體的豎向向灰縫不可可能完全填填滿，截面面積減損、、粘結(jié)力不不能保證，，其上磚內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生橫向向拉應(yīng)力和和剪應(yīng)力的的應(yīng)力集中中，引起砌砌體強(qiáng)度的的降低。二、影響砌砌體抗壓強(qiáng)強(qiáng)度的主要要因素1.塊體和砂漿漿的強(qiáng)度2.塊體形狀、、尺寸、平平整度3.砂漿的性能能4.砌筑質(zhì)量1.塊體和砂漿漿的強(qiáng)度(最主要影響響因素)(1)磚強(qiáng)度：磚強(qiáng)度與砌砌體強(qiáng)度之之間有很大大的區(qū)別——磚不平整，，砂漿厚度度與密實(shí)度度不均勻，，磚與砂漿漿橫向變形形能力差異異，豎向灰灰縫上磚內(nèi)內(nèi)的應(yīng)力集集中，試驗(yàn)驗(yàn)上的差異異(尺寸效應(yīng)、、砂漿材料料)等。砌體強(qiáng)度與與磚強(qiáng)度的的方根成正正比。磚的強(qiáng)度度越高，在在砌體中的的利用率越越低，一般般在15-60％之間變變化。另另外，磚磚的抗彎彎強(qiáng)度較較抗壓強(qiáng)強(qiáng)度對(duì)砌砌體的強(qiáng)強(qiáng)度影響響更大。。(2)砂漿強(qiáng)度度：當(dāng)磚強(qiáng)度度一定時(shí)時(shí)，砌體體強(qiáng)度隨隨砂漿強(qiáng)強(qiáng)度而線線性增長長(但并不成成正比，，砌體強(qiáng)強(qiáng)度的增增長落后后砂漿強(qiáng)強(qiáng)度的增增長很多多)。砂漿的的強(qiáng)度越越高，磚磚強(qiáng)度在在砌體中中的利用用率越高高。2.塊體形狀狀、尺寸寸、平整整度(影響因素素)尺寸：高高度↗，長度↘——彎剪應(yīng)力力↘，強(qiáng)度↗形狀與平平整度↗——彎剪應(yīng)力力↘，強(qiáng)度↗88規(guī)范規(guī)定定的磚砌砌體標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)試件截截面尺寸寸為240mm╳370mm，高度為為720mm。尺寸效應(yīng)應(yīng)換算系系數(shù)：ψ=1/(0.72+20S/A)式中：S——試件截面面的周長長A——試件截面面面積3.砂漿的性性能(影響因素素)流動(dòng)性和和保水性性：流動(dòng)性性和保水水性好的的砂漿，，鋪砌的的灰縫的的厚度與與密實(shí)度度較均勻勻，可以以降低塊塊體在砌砌體內(nèi)的的彎剪應(yīng)應(yīng)力，從從而提高高砌體的的強(qiáng)度。。使用摻摻合料可可以提高高砂漿的的流動(dòng)性性——并不能直直接提高高砂漿的的強(qiáng)度。。砂漿的變變形性能能：磚強(qiáng)度度不變時(shí)時(shí)，砂漿漿的強(qiáng)度度等級(jí)越越低，變變形越大大。磚與與砂漿的的相對(duì)變變形大小小將影響響單磚的的受力情情況。4.砌筑質(zhì)量量(影響因素素)砌筑質(zhì)量量有助于于改善砌砌塊的受受力性能能：潤磚——增加粘結(jié)結(jié)力，含含水率8-10％水平灰縫縫的厚度度——控制砂漿漿的橫向向變形，，8-12mm水平灰縫縫的飽滿滿度——80％水平灰縫縫的平整整度豎向灰縫縫的飽滿滿度——50％新砌灰縫縫的早期期受壓——可增加砌砌體的密密實(shí)度，，而提高高砌體的的強(qiáng)度。。三、各類類砌體抗抗壓強(qiáng)度度平均值值的計(jì)算算引言砌體的抗抗壓強(qiáng)度度與許多多因素有有關(guān)，目目前采用用從強(qiáng)度破壞壞機(jī)理上建立計(jì)算模型型再用試驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)確定有關(guān)參數(shù)數(shù)的辦法尚尚有困難難，因此此大多根根據(jù)范圍圍較為廣廣泛的系系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)歸納得得出的經(jīng)驗(yàn)公式式進(jìn)行計(jì)算算。許多多國家的的學(xué)者提提出過種種種計(jì)算算方法。。為了掌握握砌體抗抗壓強(qiáng)度度的各主主要因素素與砌體體強(qiáng)度的的關(guān)系，，我國有有關(guān)單位位共取得得三千多多個(gè)試驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)。。88規(guī)范修訂訂組根據(jù)據(jù)既要與試驗(yàn)驗(yàn)值相符符合，變異系數(shù)數(shù)要盡量量小，物理概念念要明確確，并在表達(dá)式式方面盡盡量向國國際標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)靠攏的原則，通過反反復(fù)運(yùn)算算和研究究，提出出了各類砌體體抗壓強(qiáng)強(qiáng)度平均均值的計(jì)計(jì)算統(tǒng)一一公式。。三、各類類砌體抗抗壓強(qiáng)度度平均值值的計(jì)算算三、各類類砌體抗抗壓強(qiáng)度度平均值值的計(jì)算算公式特點(diǎn)點(diǎn)為統(tǒng)一公公式，涵涵蓋各類類砌體；；與試驗(yàn)驗(yàn)值符合合較好，，反映了了各因素素的影響響。(1)主要取決決因素f1----fm與f1的方根成成正比以磚砌體體為例：：1)磚強(qiáng)度的的利用率率隨磚強(qiáng)強(qiáng)度的提提高而降降低常用材料料范圍內(nèi)內(nèi)，磚強(qiáng)強(qiáng)度的利利用率在在15-60％之間，，并隨磚磚強(qiáng)度的的提高而而降低，，磚強(qiáng)度度提高4倍，砌體體強(qiáng)度只只提高2倍。例：：三、各類類砌體抗抗壓強(qiáng)度度平均值值的計(jì)算算三、各類類砌體抗抗壓強(qiáng)度度平均值值的計(jì)算算2)砂漿的強(qiáng)強(qiáng)度越高高，磚強(qiáng)強(qiáng)度的利利用率越越高如上兩例例。(2)其次影響響因素---f21)低強(qiáng)度砂砂漿中，，磚強(qiáng)度度的利用用率很低低2)砌體強(qiáng)度度隨砂漿漿強(qiáng)度而而線性增增長，但但砌體強(qiáng)強(qiáng)度的增增長落后后于砂漿漿強(qiáng)度的的增長很很多。如：f2=1MPa，fm=0.835√√f1；f2=15MPa，fm=1.6√f1即f2增加15倍，fm僅增加1.92倍。三、各類類砌體抗抗壓強(qiáng)度度平均值值的計(jì)算算(3)k1與αK1與塊體種種類和砌砌筑方法法有關(guān)，，α與塊體高高度有關(guān)關(guān)，兩者者可綜合合體現(xiàn)砌砌體抗壓壓強(qiáng)度的的大小。。如混凝凝土砌塊塊砌體，，因其為為單片順順砌或丁丁砌，而而易形成成獨(dú)立小小柱，且且其高度度一般大大于90而對(duì)抗彎彎有利，，故修正正。(4)k2低強(qiáng)度砂砂漿橫向向變形大大，故修修正。(5)高強(qiáng)砌塊塊砌體的的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度不能能用統(tǒng)一一公式外外延，必必須加以以修正。。見P23表1.9附錄第四節(jié)砌砌體體的抗拉拉、抗彎彎、抗剪剪強(qiáng)度平平均值一、砌體體拉、彎彎、剪的的破壞形形式計(jì)算中僅僅考慮水水平灰縫縫中的粘粘結(jié)力，而不考考慮豎向向灰縫的的粘結(jié)力力。a)沿塊體和和豎縫與塊體的的抗拉強(qiáng)強(qiáng)度、切切向粘結(jié)結(jié)強(qiáng)度有有關(guān)。b)沿齒縫切向粘結(jié)結(jié)強(qiáng)度與砌筑方式式有關(guān)c)沿通縫不允許出出現(xiàn)一、砌體體拉、彎彎、剪的的破壞形形式法向粘結(jié)結(jié)強(qiáng)度很很低，一一般不足足切向粘粘結(jié)強(qiáng)度度的1/2，而且往往往不易易保證。。砌體的切切向受力力砌體的法法向受力力一、砌體體拉、彎彎、剪的的破壞形形式(1)抗拉：a)不允許設(shè)設(shè)計(jì)沿通通縫截面面破壞的的受拉構(gòu)構(gòu)件。b)沿齒縫破破壞，砌砌體抗拉拉承載力力取決于于破壞截截面上水平灰縫縫的面積，，即與砌筑方方式有關(guān)關(guān)——不考慮提提高，只只考慮折折減。c)沿塊體和和豎縫破破壞，砌體抗拉拉承載力力取決于于塊體本身的抗抗拉能力力，故抗抗拉截面面積只有有砌體受受拉截面面積的一一半。為為方便計(jì)計(jì)算仍取取受拉全全截面積積，但強(qiáng)度以塊塊體抗拉拉強(qiáng)度的的一半計(jì)計(jì)算。d)砌體的抗抗拉強(qiáng)度度，取上上述兩種種強(qiáng)度的的較小值值。一、砌體體拉、彎彎、剪的的破壞形形式(2)抗彎：a)沿通縫截截面b)沿齒縫截截面c)沿塊體和和豎向灰灰縫截面面取b)、c)兩種彎曲曲抗拉強(qiáng)強(qiáng)度的較較小值。。一、砌體體拉、彎彎、剪的的破壞形形式(3)抗剪：砌體水水平灰縫縫的切向向粘結(jié)力力實(shí)際上上就是砌砌體沿通通縫截面面的抗剪剪強(qiáng)度，，一般通通過試驗(yàn)驗(yàn)確定。。單剪試驗(yàn)驗(yàn)(73規(guī)范)離散性大大雙剪試驗(yàn)驗(yàn)《砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)基本力力學(xué)性能能》(GBJ129-90)一、砌體體拉、彎彎、剪的的破壞形形式砌體受剪剪破壞形形式。據(jù)據(jù)試驗(yàn)，，三種抗抗剪強(qiáng)度度基本一一樣。沿通縫剪剪切沿沿齒縫剪剪切沿沿階階梯形縫縫剪切剪摩破壞壞斜斜壓破壞壞剪剪壓壓破壞二、砌體體拉、彎彎、剪平平均強(qiáng)度度計(jì)算公公式軸心抗拉強(qiáng)度平均值彎曲抗拉強(qiáng)度平均值抗剪強(qiáng)度平均值ft,m=k3√f2ftm,m=k4√f2fv,m=k5√f2k3k4k5沿齒縫沿通縫k值與砌體體種類有有關(guān)第五節(jié)砌砌體體的變形形性能一、砌體體的應(yīng)力力——應(yīng)變關(guān)系系砌體是彈彈塑性材材料，從從受壓一一開始，，應(yīng)力與與應(yīng)變就就不成直直線變化化。隨著著荷載的的增加，，變形增增長逐漸漸加快。。在接近近破壞時(shí)時(shí)，荷載載很少增增加，變變形急劇劇增長。。所以對(duì)對(duì)砌體來來說，應(yīng)力應(yīng)變變是一種種曲線變變化規(guī)律律。據(jù)前蘇聯(lián)聯(lián)和國內(nèi)內(nèi)湖南大大學(xué)一組組4個(gè)試件和和西安冶冶金建筑筑學(xué)院5個(gè)變形較較小試件件的量測(cè)測(cè)結(jié)果資資料，應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變變?chǔ)?ε曲線采用用下列對(duì)數(shù)關(guān)系系式較符合：：一、砌體體的應(yīng)力力——應(yīng)變關(guān)系系一、砌體體的應(yīng)力力——應(yīng)變關(guān)系系二、砌體體的彈性性模量切線彈性性模量E’初始彈性性模量E0割線彈性性模量E二、砌體體的彈性性模量規(guī)范主編編者建議議取值1)為了避免免當(dāng)fm很大時(shí)，，E隨fm的加大而而增長過過多，即即避免曲曲線上翹翹，取當(dāng)fm≤1.5MPa時(shí)，ξ=1250/3當(dāng)fm>1.5MPa時(shí)，ξ=1250(1-1/fm)所給出的的ξ值，與ξ=460√f是一致的的。2)規(guī)范規(guī)定定的E，與f成正比，，并且仍仍然以砂砂漿的強(qiáng)強(qiáng)度等級(jí)級(jí)為基準(zhǔn)準(zhǔn)。3)石砌體E根據(jù)f2采用。三、砌體體的剪變變模量由材料力力學(xué)G=E/[2(1+ν)]式中：ν——泊松系數(shù)數(shù)，一般般取0.1~0.2。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)磚與空心心磚砌體體，近似似可取為為0.15，對(duì)于砌塊塊砌體，，可取為為0.3。則G