砌體結構砌體的物理力學性能.ppt

2019年7月2日星期二2時14分24秒,1,第一章 緒論,2.1,2.2,塊體和砂漿的強度等級,砌體的受壓性能,1.4,第二章 砌體的物理力學性能,2.3,砌體的受拉、受彎和受剪性能,2.4,砌體的強度設計值,2.4,砌體的其它性能,學習重點： 砌體材料的種類及砌體受壓、受拉、受彎、受剪的力學性能，影響砌體抗壓強度的主要因素，根據各種的受力條件下砌體強度計算公式。 學習目標： 通過學習要求熟悉砌體材料及砌體種類，掌握砌體受力的力學性能及影響砌體抗壓強度的因素，可以加深對砌體結構的認識，正確的進行設計計算。,2019年7月2日星期二2時14分24秒,2.1.1 塊體的強度等級,2.1 塊體和砂漿的強度等級,網狀砌體結構是由塊材和砂漿經組砌而成的整體材料。砌體中常用的磚、砌塊和石材三類。 塊體的強度等級是根據其抗壓強度標準值的大小而劃分的，塊材強度等級以符號MU（Masonry Unit）表示，塊體的強度等級有符號“MU”加相應的數字表示，其數字表示抗壓強度整數值，單位為MPa。 （1）燒結普通磚、燒結多孔磚的強度等級 共分為5級，依次是MU30、MU25、MU20、MU15、MU10. 燒結普通磚是以黏土、頁巖、煤矸石或粉煤灰為主要原料，經焙燒而成的實心或空洞率不大于規(guī)定值且外形尺寸符合規(guī)定的磚。其標準尺寸是240mm115mm53mm，通稱為“標準磚”。燒結多孔磚的空洞率不小于25,孔的尺寸小而數量多，主要用于承重部位，簡稱多孔磚。,（2）蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚的強度等級 共分為4級，依次是MU25、MU20、MU15、MU10 蒸壓灰砂磚是以石灰和砂為主要材料，經配料制備、壓制成型，蒸壓養(yǎng)護而成的實心磚，簡稱灰砂磚。 蒸壓粉煤灰磚的制作工藝同灰砂磚，主要原料為粉煤灰、石灰，并摻加適量石膏和集料。 （3）砌塊的強調等級 共分為5級，依次是MU30、MU25、MU20、MU15、MU10. 混凝土小型空心砌塊主要由普通混凝土，輕骨料混凝土制成，主規(guī)格390mm190mm190mm，空心率為2550。 砌塊表觀密度較小，可減輕結構自重，保溫隔熱性能好，施工速度快，能充分利用工業(yè)廢料、價格便宜。在很多地方已廣泛用于房屋的墻體和用于高層建筑結構的承重墻體。,（4）石材的強度等級 共分為7級，依次是MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20。 在承重結構中，常用的石材有花崗巖、石灰?guī)r和凝灰?guī)r等， 天然建筑石材具有強度高、耐久性好、抗凍與抗氣性能好等優(yōu)點， 并多用于房屋的基礎及勒腳部位。有時也用于房屋的墻體，因其保溫性能差，需要較大的墻厚而顯得不經濟。 石材根據其外形和加工程度可將天然石材分為料石和毛石兩種。料石按加工平整程度不同分為細料石、半細料石、粗料石和毛料石。 確定石材的強度等級時，若采用其它尺寸的立方體作試塊，應對其試驗結果乘以相應的換算系數（表2.1）,表2.1 石材強度等級的換算系數,表2.1 石材強度等級的換算系數,2.1.2 砂漿的強度等級 砂漿是由膠結材料（水泥、石灰）和砂加水攪拌而成的混合材料。砂漿的作用是把塊材粘結成整體，并在塊材之間起分散壓力的作用。 砂漿應有足夠的強度和耐久性，并具有一定的保水性和和易性。 砂漿的強度等級共分為5級，依次是MU15、MU10、MU7.5、MU5、MU2.5，M后面的數字表示抗壓強度值。單位為MPa。,2.1.3 塊體和砂漿強度等級的選用 在選用砌體結構的塊體材料時，應有足夠的強度，以符合砌體結構構件對承載能力的要求。塊體也應有良好的耐久性（是指建筑結構在正常的維護下，材料性能隨時間變化，還能滿足預定的功能要求的性能）、并有較好的保溫隔熱性能。 砌筑用的砂漿不僅擁有足夠的強度，而且還應該具有良好的和易性（可塑性）和有一定的保水性。砂漿中摻入適量的摻合物，如在砂漿中摻入石灰膏、粉煤灰等有機塑化劑，可提高砂漿的和易性和保水性，又能提高砌筑質量。 在選用塊體材料和砂漿時應因地制宜、就地取材、按建筑物對耐久性的要求、房屋的使用年限、氣體的砌體的受力特點、工作環(huán)境和施工條件等各方面因素綜合考慮。 對地面以下或防潮層以下的砌體所用材料，應符合最低強度等級要求。規(guī)范對地表以下或防潮層以下砌體、潮濕房間墻所用材料的最低強度等級規(guī)定見表2-2。,表2.2 潮濕環(huán)境下的材料最低強度等級,2.2 砌體的受壓性能,Mpa,在實際工程中，大部分砌體都屬于受壓構件，要對砌體受壓性能應有個全面的了解。不同種類的砌體，受壓性能不相同，但受力機理有很多的相同只處，下面以普通磚砌體受壓，來了解砌體的受壓性能。,2.2.1 砌體受壓的受力階段 砌體的受壓性能試驗主要是以實心磚砌體軸心受壓為例，從磚柱受壓試驗可知，軸心受壓磚砌體從加荷載至破壞可分為三個階段。 （1）第一階段 由加荷載開始至個別磚出現(xiàn)裂縫為第一階段。此時壓力為破壞荷載5070，其特征裂縫是出現(xiàn)在單塊磚內，如不繼續(xù)加載，裂縫不會繼續(xù)擴展或增加。（圖a） （2）第二階段 隨著荷載的繼續(xù)增加，單塊磚內的裂縫上下延伸和不斷擴展，垂直通過若干皮磚，形成一段段連續(xù)裂縫。當荷載達到破壞荷載的8090時，即使荷載不增加，裂縫還是繼續(xù)發(fā)展。（圖b） (3)第三階段 當荷載進一步增加，砌體內裂縫迅速擴展，加長加寬，形成幾條貫穿的裂縫，最終將砌體分成幾個小立柱。整個砌體明顯向外鼓出，最后某些小立柱失穩(wěn)或壓碎，整個砌體即被破壞（圖c）,圖 2.1 軸心受壓磚砌體的受壓階段,2.2.2 砌體受壓時的應力狀態(tài)分析 試驗結果表明，磚砌體在受壓時不但單塊磚開裂過早，且砌體的抗壓強度遠低于磚的抗壓強度。這一現(xiàn)象是砌體體內單塊磚所受的復雜應力作用加以說明。 （1）在砌體受壓時單塊磚并非均勻受壓 由于單塊磚的外形不規(guī)則平整，所鋪砂漿的厚度和成分也不可能非常均勻，水平灰縫飽滿度不足，所以在單塊磚的砌體內不能均勻受壓，而是處于壓、拉、彎、剪、扭和局部受壓等復力應力狀態(tài)。由于磚的抗拉強度較低，當彎、剪引起的主拉應力超過磚的抗拉強度后，磚就會因拉而開裂，最終使磚砌體的強度遠低于磚的強度（圖2.2）。 （2）砌體中單塊磚和和砂漿的交互作用 砌體中單塊磚與和砂漿的交互作用使磚承受壓力。由于磚與砂漿的彈性模量及橫向變形系數不同，磚的橫向變形小于砂漿的橫向變形。由于磚與砂漿之間的粘結力和摩擦力的存在，磚對砂漿的橫向變形起阻礙的作用，砂漿對磚則形成了水平附加拉力，這種拉力也是使磚開裂早的原因。若砂漿強度等級越高時，磚與砂漿的橫向變形差異愈小，砂漿對磚所形成的水平附加拉力也愈小，這種原因可避免。,圖2.2 塊體的受力狀態(tài),（3）豎向灰縫應力集中 在砌筑時，砌體的豎向灰縫未能很好的填滿，同時豎向灰縫內的砂漿和磚的粘結力難以保證砌體的整體性。因此，在豎向灰縫上的磚內將產生拉應力和剪應力集中，從而也加快了磚的開裂，引起砌體強度降低。,2.2.3 影響砌體抗壓強度的主要因素 從砌體受壓時的應力狀態(tài)分析可知，影響砌體的主要因素有：塊體和砂漿的強度，變形模量，塊體外形尺寸，灰縫厚度等，砌筑質量也是關鍵因素之一。 （1）塊體和砂漿強度 塊體和砂漿的強度指標是確定砌體強度最主要的因素。塊體和砂漿的強度高，砌體的抗壓強度也高。試驗表明，提高砌體強度等級比提高砂漿強度等級對增大砌體抗壓強度的效果好，當塊體強度等級提高一倍，砌體的抗壓強度可提高0.5倍左右。 塊體的截面高度對砌體的抗壓強度也有較大的影響，塊體的截面高度越大，其截面的抗彎、抗剪、抗拉的能力越強，砌體的抗壓強度越大。 （2）塊體尺寸和幾何形狀 塊體的尺寸、外觀形狀及表面平整程度對砌體的抗壓強度也有較大的影響。從前面砌體的受壓狀態(tài)的分析可知，砌體厚度大、外形規(guī)則平整，其所在砌體中收的拉、彎、剪應力較小，有利于推遲塊體裂縫的出現(xiàn)，從而延緩了砌體的破壞，提高了抗壓強度。,（3）砂漿的性能 砂漿具有明顯的彈塑性性質， 砌筑時砂漿的和易性良好、流動性大時，會形成厚度均勻和密實的灰縫，可改善塊體內的應力狀態(tài)，使砌體強度提高。但砂漿的可塑性過大，彈性模量過低時，會增加砌體受壓時砂漿的橫向變形，使砌體所受橫向拉應力增大，降低砌體的強度。 所以砌筑時用的是砂漿的強度高、可塑性適當、彈性模量大，砌體的抗壓強度較高。 （4）砌筑質量 砌體砌筑時水平灰縫的飽滿度、水平灰縫的厚度及磚的含水率等關系影響著砌體的質量。試驗表明，當砂漿的飽滿度為73時，砌體的強度可達到規(guī)定的強度。因此，砌體施工驗收規(guī)范中，要求水平灰縫的飽滿度不小于80，水平灰縫的飽滿度越高，砌體的俄抗壓強度越高。水平灰縫愈厚，砂漿橫向變形愈大，砌體內復雜應力隨之加劇，砌體的抗壓強度亦降低。通常砂漿的水平灰縫厚度為8mm12mm。干磚會過多吸收灰縫中砂漿的水分，使砂漿失去水分達不到結硬后應有的強度，砌筑時一般控制磚的含水率為1015。 此外，塊體的外形規(guī)整程度，試件的齡期，豎向灰縫的飽滿度，砂漿和塊體的粘結力以及搭接方式等都會對砌體的抗壓強度有影響。,2.3 砌體的受拉、受彎和受剪性能 在實際工程中，砌體除了受壓力作用外，還承受軸心受拉、彎矩、剪力作用。如圓形水池池壁或谷倉在液體的側向壓力作用下江產生軸向拉力；擋土墻在土壓力作用下，將產生彎矩、剪力作用；磚砌過梁在自重和荷載作用下受到彎矩，剪力作用等。,2.3.1 砌體軸心受拉 砌體在軸心拉力作用下，可能出現(xiàn)三種不同形態(tài)的破壞特征：沿齒縫截面破壞；沿塊體和豎向灰縫破壞；沿水平灰縫截面破壞。一般情況下，砂漿的強度較低，砂漿與塊體的粘結強度低于塊體的抗拉強度，將發(fā)生沿齒縫的破壞；當沿著塊體和豎向灰縫截面破壞是，砌體的抗拉承載能力取決于塊體本身的抗拉強度，當塊體抗拉強度低于水平灰縫中砂漿與塊體之間的切向粘結力時，才會發(fā)生這種破壞；當軸向拉力與砌體的水平灰縫垂直時，砌體發(fā)生沿水平灰縫截面破壞，這種對抗拉力承載力其決定作用的因素是法向粘結力，由于法向粘結力強度小且不易保證，設計中不允許采用。（圖2.3）,圖 2.3 砌體軸心受拉的破壞形態(tài),（2）砌體的軸心抗拉強度 砌體沿著齒縫截面破壞的軸心抗拉強度平均值 為 式中 與塊材種類有關的系數； 燒結普通磚、燒結多孔磚， =0.141； 蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚， =0.09； 混凝土砌塊， =0.069；毛石， =0.075。 砂漿的抗壓強度平均值。,2.3.2 砌體受彎 當砌體受彎時，破壞將發(fā)生在彎曲受拉的一側，因為砌體的彎曲抗拉強度低于彎曲抗壓強度。砌體受彎破壞會發(fā)生兩種可能的破壞形態(tài)，即沿著齒縫破壞和沿塊體截面破壞（圖2.4）；在大偏心受壓時，砌體可能在最大彎矩截面處發(fā)生沿著通縫的彎曲受拉破壞，這種破壞的砌體抗拉強度與砂漿的強度等級有關。,圖2.4 砌體的受彎破壞,2.3.3 砌體的受剪 在實際工程中，砌體的受剪是另一較為重要的性能，砌體的受剪破壞主要有沿齒縫破壞、沿水平縫破壞及沿階梯截面破壞圖(2.5）。,圖2.5 砌體的受剪破壞,2.4 砌體的強度設計值,2.4.1 強度設計值的確定 砌體的抗壓強度是按照一定的尺寸、形狀和加載方法等條件，通過試驗確定的。根據各類砌體軸心受壓試驗結果，規(guī)范給出適用于各類砌體軸心抗壓強度平均值的計算表達式： 式中 砌體抗壓強度平均值（MPa）； 塊體的抗壓強度等級值或平均值（MPa）； 砂漿抗壓強度平均值（MPa）； 與砌體類別和砌筑方法有關的系數，見表2.2.1 a與塊體高度有關的系數，見表2.2.1 砂漿強度對砌體強度的修正系數，見表2.2.1,表2.2.1 各類砌體軸心抗壓強度平均值,2.4.2 砌體的抗壓強度設計值 齡期為28天的以毛截面計算的各類砌體抗壓強度設計值，當施工質量控制等級為B級時，應根據塊體和砂漿的強度設計等級按以下規(guī)定采用。對施工階段砂漿尚未硬化的新砌體的強度和穩(wěn)定性，可查表中“砂漿強度為零”的數值進行驗算。 對于冬季施工采用摻鹽砂漿法施工的砌體（配筋砌體不得用摻鹽砂漿施工），砂漿強度等級按常溫施工的強度等級提高一級時，砌體強度和穩(wěn)定性不可驗算。 （1）燒結普通磚和燒結多孔磚砌體 燒結普通磚和燒結多孔磚砌體的抗壓強度設計值，按表2.3采用,2.5 砌體的其它性能,2.5.1 砌體的變形模量 （1）彈性模量 砌體的彈性模量、線膨脹系數、收縮系數和磨擦系數可分別按表2.10表2.12采用。砌體的剪變模量可按砌體彈性模量的0.4倍采用。 1 砌體的彈性模量，可按表2.10采用。,2.5.2 砌體的受熱性能 工程中最常見的受冷熱循環(huán)的砌體結構是磚煙囪。磚在受熱時強度提高，而砂漿在受熱時若溫度不超過400時，強度不降低，但超過400后會降低（當溫度達到600時，強度降低越10%）。而砂漿受冷卻時，強度會明顯降低（如當溫度自400冷卻，其強度可降低50%）。故對燒結普通磚和普通砂漿砌筑的受熱砌體，在一面受熱的情形下（如煙囪）最高受熱溫度應低于400，且不應考慮磚強度的提高作用。,2.5.3 砌體的摩擦系數 砌體的摩擦系數與摩擦面的狀況和材料種類有關，其值可按表2.12采用。在進行砌體抗滑移和抗剪計算時需要考慮摩擦力，摩擦力的數值等于相應摩擦系數乘以正壓力。,本章小結 （1）塊材和砂漿可分為