砌體材料及其力學(xué)性能

第三節(jié)無(wú)筋砌體的抗壓強(qiáng)度平均值一、砌體軸心受壓的破壞特征二、影響砌體抗壓強(qiáng)度的主要因素三、各類砌體抗壓強(qiáng)度平均值的計(jì)算一、砌體軸心受壓的破壞特征引言砌體的受壓工作性能與單一勻質(zhì)材料有明顯區(qū)別，由于砂漿鋪砌不均勻等因素，塊體的抗壓強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，使砌體的抗壓強(qiáng)度一般低于單個(gè)塊體的抗壓強(qiáng)度。為了正確了解砌體的受壓工作性能，有必要介紹磚砌體軸心受壓及破壞過程。一、砌體軸心受壓的破壞特征磚與砂漿的應(yīng)力應(yīng)變特征f應(yīng)力峰值fmax0

ε峰值應(yīng)變?chǔ)?極限應(yīng)變?chǔ)舥磚為脆性材料，具有較長(zhǎng)的直線段，達(dá)fu后很快達(dá)到εu而破壞。ε

0：0.001~0.0015ε

u：0.0011~0.0023圖1磚的應(yīng)力應(yīng)變特征一、砌體軸心受壓的破壞特征磚與砂漿的應(yīng)力應(yīng)變特征

σ/fpr,m0

ε/ε0峰值應(yīng)變?chǔ)?極限應(yīng)變?chǔ)舥與磚相比，砂漿具有較好的變形能力。ε0：0.0014~0.0021εu：0.003以上圖2砂漿的應(yīng)力應(yīng)變特征1.

磚砌體軸心受壓破壞過程從加壓到破壞，磚砌體大致經(jīng)歷三個(gè)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)，某些單磚出現(xiàn)豎向裂縫，停止加載，裂縫停止發(fā)展。第二階段——裂縫沿豎向貫穿若干皮磚：N≈0.8-0.9Nu，單磚內(nèi)的個(gè)別裂縫連接形成貫穿幾皮磚的豎向裂縫，停止加載，裂縫繼續(xù)發(fā)展，即對(duì)荷載長(zhǎng)期效應(yīng)而言，砌體已經(jīng)達(dá)到破壞荷載。第三階段——形成若干獨(dú)立小柱子：對(duì)短期荷載而言，為砌體完全破壞瞬間，即砌體達(dá)到極限強(qiáng)度，呈失穩(wěn)或壓碎破壞。2.

砌體受壓時(shí)的受力狀態(tài)分析(1)兩組磚砌體的試驗(yàn)結(jié)果——揭示有必要對(duì)砌體受壓時(shí)的受力狀態(tài)進(jìn)行分析試件尺寸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)的受力狀態(tài)分析(2)砌體受壓時(shí)的受力狀態(tài)1)砌體中的每一塊磚并不是均勻受壓，而是同時(shí)受彎曲及剪切的作用?！u的表面不平整、砂漿鋪砌不可能十分均勻。(磚并不處于均勻受壓狀態(tài)，因磚的抗剪、抗彎強(qiáng)度低而出現(xiàn)第一批裂縫。)——砌體的抗壓強(qiáng)度總是比磚的強(qiáng)度小。(砌體破壞也只是局部截面上的磚被壓壞。就整個(gè)截面來說，磚的抗壓能力并沒有被充分利用。)2.

砌體受壓時(shí)的受力狀態(tài)分析(2)砌體受壓時(shí)的受力狀態(tài)2)砌體豎向受壓時(shí)，要產(chǎn)生橫向變形。——強(qiáng)度等級(jí)低的砂漿橫向變形比磚大。(磚與砂漿存在的粘結(jié)力，保證兩者具有共同的變形，而產(chǎn)生交互作用。)——用低強(qiáng)度等級(jí)砂漿砌筑的砌體，其抗壓強(qiáng)度可以高于砂漿強(qiáng)度。(磚上下受壓，橫向受拉；砂漿處于各向受壓狀態(tài)，其抗壓強(qiáng)度有所增加。)——強(qiáng)度等級(jí)高的砂漿和磚的橫向變形相差很小。(兩者交互作用不明顯，砌體的強(qiáng)度不能高于砂漿本身的強(qiáng)度。)2.

砌體受壓時(shí)的受力狀態(tài)分析(2)砌體受壓時(shí)的受力狀態(tài)3)砌體的豎向灰縫不可能完全填滿，截面積減損、粘結(jié)力不能保證，其上磚內(nèi)產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的應(yīng)力集中，引起砌體強(qiáng)度的降低。

二、影響砌體抗壓強(qiáng)度的主要因素1.塊體和砂漿的強(qiáng)度2.塊體形狀、尺寸、平整度3.砂漿的性能4.砌筑質(zhì)量1.塊體和砂漿的的強(qiáng)度(最主要影響因因素)(1)磚強(qiáng)度：磚強(qiáng)度與砌體體強(qiáng)度之間有有很大的區(qū)別別——磚不平整，砂砂漿厚度與密密實(shí)度不均勻勻，磚與砂漿漿橫向變形能能力差異，豎豎向灰縫上磚磚內(nèi)的應(yīng)力集集中，試驗(yàn)上上的差異(尺寸效應(yīng)、砂砂漿材料)等。砌體強(qiáng)度與磚磚強(qiáng)度的方根根成正比。磚的強(qiáng)度越越高，在砌體體中的利用率率越低，一般般在15-60％之間變化。。另外，磚的的抗彎強(qiáng)度較較抗壓強(qiáng)度對(duì)對(duì)砌體的強(qiáng)度度影響更大。。(2)砂漿強(qiáng)度：當(dāng)磚強(qiáng)度一定定時(shí)，砌體強(qiáng)強(qiáng)度隨砂漿強(qiáng)強(qiáng)度而線性增增長(zhǎng)(但并不成正比比，砌體強(qiáng)度度的增長(zhǎng)落后后砂漿強(qiáng)度的的增長(zhǎng)很多)。砂漿的強(qiáng)度度越高，磚強(qiáng)強(qiáng)度在砌體中中的利用率越越高。2.塊體形狀、尺尺寸、平整度度(影響因素)尺寸：高度↗，長(zhǎng)度↘——彎剪應(yīng)力↘，強(qiáng)度↗形狀與平整度度↗——彎剪應(yīng)力↘，強(qiáng)度↗88規(guī)范規(guī)定的磚磚砌體標(biāo)準(zhǔn)試試件截面尺寸寸為240mm╳370mm，高度為720mm。尺寸效應(yīng)換算算系數(shù)：ψ=1/(0.72+20S/A)式中：S——試件截面的周周長(zhǎng)A——試件截面面積積3.砂漿的性能(影響因素)流動(dòng)性和保水水性：流動(dòng)性和保保水性好的砂砂漿，鋪砌的的灰縫的厚度度與密實(shí)度較較均勻，可以以降低塊體在在砌體內(nèi)的彎彎剪應(yīng)力，從從而提高砌體體的強(qiáng)度。使使用摻合料可可以提高砂漿漿的流動(dòng)性——并不能直接提提高砂漿的強(qiáng)強(qiáng)度。砂漿的變形性性能：磚強(qiáng)度不變變時(shí)，砂漿的的強(qiáng)度等級(jí)越越低，變形越越大。磚與砂砂漿的相對(duì)變變形大小將影影響單磚的受受力情況。4.砌筑質(zhì)量(影響因素)砌筑質(zhì)量有助助于改善砌塊塊的受力性能能：潤(rùn)磚——增加粘結(jié)力，，含水率8-10％水平灰縫的厚厚度——控制砂漿的橫橫向變形，8-12mm水平灰縫的飽飽滿度——80％水平灰縫的平平整度豎向灰縫的飽飽滿度——50％新砌灰縫的早早期受壓——可增加砌體的的密實(shí)度，而而提高砌體的的強(qiáng)度。三、各類砌體體抗壓強(qiáng)度平平均值的計(jì)算算引言砌體的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度與許多因因素有關(guān)，目目前采用從強(qiáng)度破壞機(jī)理理上建立計(jì)算模型再用試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定有關(guān)參數(shù)的辦法尚有困困難，因此大大多根據(jù)范圍圍較為廣泛的的系統(tǒng)試驗(yàn)歸歸納得出的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。許許多國(guó)家的學(xué)學(xué)者提出過種種種計(jì)算方法法。為了掌握砌體體抗壓強(qiáng)度的的各主要因素素與砌體強(qiáng)度度的關(guān)系，我我國(guó)有關(guān)單位位共取得三千千多個(gè)試驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)。88規(guī)范修訂組根根據(jù)既要與試驗(yàn)值相相符合，變異異系系數(shù)數(shù)要要盡盡量量小小，物理理概概念念要要明明確確，并并在表表達(dá)達(dá)式式方方面面盡盡量量向向國(guó)國(guó)際際標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)靠靠攏攏的原則則，通通過過反反復(fù)復(fù)運(yùn)運(yùn)算算和和研研究究，，提提出出了了各類類砌砌體體抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度平平均均值值的的計(jì)計(jì)算算統(tǒng)統(tǒng)一一公公式式。。三、、各各類類砌砌體體抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度平平均均值值的的計(jì)計(jì)算算三、、各各類類砌砌體體抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度平平均均值值的的計(jì)計(jì)算算公式式特特點(diǎn)點(diǎn)為統(tǒng)統(tǒng)一一公公式式，，涵涵蓋蓋各各類類砌砌體體；；與與試試驗(yàn)驗(yàn)值值符符合合較較好好，，反反映映了了各各因因素素的的影影響響。。(1)主要要取取決決因因素素f1----fm與f1的方方根根成成正正比比以磚磚砌砌體體為為例例：：1)磚強(qiáng)強(qiáng)度度的的利利用用率率隨隨磚磚強(qiáng)強(qiáng)度度的的提提高高而而降降低低常用用材材料料范范圍圍內(nèi)內(nèi)，，磚磚強(qiáng)強(qiáng)度度的的利利用用率率在在15-60％之之間間，，并并隨隨磚磚強(qiáng)強(qiáng)度度的的提提高高而而降降低低，，磚磚強(qiáng)強(qiáng)度度提提高高4倍，，砌砌體體強(qiáng)強(qiáng)度度只只提提高高2倍。。例例：：三、、各各類類砌砌體體抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度平平均均值值的的計(jì)計(jì)算算三、、各各類類砌砌體體抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度平平均均值值的的計(jì)計(jì)算算2)砂漿漿的的強(qiáng)強(qiáng)度度越越高高，，磚磚強(qiáng)強(qiáng)度度的的利利用用率率越越高高如上上兩兩例例。。(2)其次次影影響響因因素素---f21)低強(qiáng)強(qiáng)度度砂砂漿漿中中，，磚磚強(qiáng)強(qiáng)度度的的利利用用率率很很低低2)砌體體強(qiáng)強(qiáng)度度隨隨砂砂漿漿強(qiáng)強(qiáng)度度而而線線性性增增長(zhǎng)長(zhǎng)，，但但砌砌體體強(qiáng)強(qiáng)度度的的增增長(zhǎng)長(zhǎng)落落后后于于砂砂漿漿強(qiáng)強(qiáng)度度的的增增長(zhǎng)長(zhǎng)很很多多。。如：：f2=1MPa，fm=0.835√√f1；f2=15MPa，fm=1.6√√f1即f2增加加15倍，，fm僅增增加加1.92倍。。三、、各各類類砌砌體體抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度平平均均值值的的計(jì)計(jì)算算(3)k1與αK1與塊塊體體種種類類和和砌砌筑筑方方法法有有關(guān)關(guān)，，α與塊塊體體高高度度有有關(guān)關(guān)，，兩兩者者可可綜綜合合體體現(xiàn)現(xiàn)砌砌體體抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度的的大大小小。。如如混混凝凝土土砌砌塊塊砌砌體體，，因因其其為為單單片片順順砌砌或或丁丁砌砌，，而而易易形形成成獨(dú)獨(dú)立立小小柱柱，，且且其其高高度度一一般般大大于于90而對(duì)對(duì)抗抗彎彎有有利利，，故故修修正正。。(4)k2低強(qiáng)強(qiáng)度度砂砂漿漿橫橫向向變變形形大大，，故故修修正正。。(5)高強(qiáng)強(qiáng)砌砌塊塊砌砌體體的的抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度不不能能用用統(tǒng)統(tǒng)一一公公式式外外延延，，必必須須加加以以修修正正。。見P23表1.9附錄錄第四四節(jié)節(jié)砌砌體體的的抗抗拉拉、、抗抗彎彎、、抗抗剪剪強(qiáng)強(qiáng)度度平平均均值值一、、砌砌體體拉拉、、彎彎、、剪剪的的破破壞壞形形式式計(jì)算算中中僅僅考考慮慮水水平平灰灰縫縫中中的的粘粘結(jié)結(jié)力力，而而不不考考慮慮豎豎向向灰灰縫縫的的粘粘結(jié)結(jié)力力。。a)沿塊塊體體和和豎豎縫縫與塊塊體體的的抗抗拉拉強(qiáng)強(qiáng)度度、、切切向向粘粘結(jié)結(jié)強(qiáng)強(qiáng)度度有有關(guān)關(guān)。。b)沿齒齒縫縫切向向粘粘結(jié)結(jié)強(qiáng)強(qiáng)度度與砌筑筑方方式式有有關(guān)關(guān)c)沿通通縫縫不允允許許出出現(xiàn)現(xiàn)一、、砌砌體體拉拉、、彎彎、、剪剪的的破破壞壞形形式式法向粘結(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(zhǎng)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(zhǎng)。。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(guó)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(zhǎng)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0.1