砌體的物理力學性能

*1第一章緒論本章內容2.12.2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2.5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。*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（MasonryUnit）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240mm×115mm×53mm，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390mm×190mm×190mm，空心率為25﹪~50﹪。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?！兑?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裂縫為第一階段。此時壓力為破壞荷載50﹪~70﹪，其特征裂縫是出現在單塊磚內，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80﹪~90﹪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，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8mm~12mm。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10﹪~15﹪。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灘.2砌體受敵彎當砌符體受候彎時橫，破劃壞將濟發(fā)生門在彎寄曲受寨拉的藏一側勸，因久為砌脊體的龍彎曲錫抗拉塔強度木低于紹彎曲姐抗壓傘強度屢。砌旨體受育彎破階壞會況發(fā)生誦兩種裳可能籃的破請壞形黨態(tài)，索即沿池著齒引縫破取壞和肉沿塊禮體截腫面破勿壞（槐圖2.4）；懇在大冷偏心溝受壓析時，低砌體嚇可能項在最黨大彎柜矩截像面處屠發(fā)生達沿著走通縫您的彎攝曲受弱拉破涌壞，秩這種漿破壞妙的砌鹿體抗平拉強澡度與蒙砂漿貍的強浴度等標級有觸關。圖2.物4砌體迷的受遵彎破翻壞2.3跪.3砌體爆的受里剪在實殺際工迎程中賠，砌生體的欺受剪露是另班一較雙為重接要的印性能餓，砌蠶體的艷受剪蜘破壞傅主要扣有沿亞齒縫昨破壞出、沿恒水平鹽縫破塔壞及航沿階渣梯截閃面破譜壞圖(2連.5）。圖2.5砌體掠的受返剪破購壞2.仇4砌體羊的強粗度設柱計值2.4尼.1強度設鋸計值的枝確定砌體誤的抗羞壓強競度是胳按照件一定戀的尺匯寸、盾形狀湯和加胸載方火法等懲條件敵，通銜過試撈驗確曲定的預。根壺據各越類砌愿體軸宗心受城壓試丘驗結百果，《規(guī)范》給出適曲用于各遺類砌體報軸心抗低壓強度夾平均值繼的計算廈表達式齊：式中—砌體抗旅壓強度仍平均值近（MP郊a）；—塊體啞的抗截壓強奴度等畏級值冊或平尊均值航（MP裳a）；—砂漿抗劑壓強度犯平均值稼（MPa）；—與砌體銷類別和科砌筑方自法有關伶的系數捏，見表a—與塊朋體高班度有笛關的液系數偷，見轎表—砂漿運強度鬧對砌墳體強茶度的析修正束系數拼，見序表表2.2劈燕.1各類砌稻體軸心寨抗壓強撫度平均乖值2.多4.擾2砌體的財抗壓強項度設計倒值齡期鹽為28天的以慈毛截面吸計算的里各類砌蔽體抗壓千強度設遭計值，勸當施工求質量控短制等級未為B級時，陰應根據訓塊體和烏砂漿的不強度設程計等級娘按以下早規(guī)定采券用。對招施工階訓段砂漿塊尚未硬助化的新夠砌體的掘強度和質穩(wěn)定性淋，可查男表中“數砂漿強窄度為零顧”的數破值進行生驗算。對于冬航季施工神采用摻腫鹽砂漿織法施工辟的砌體艙（配筋貼砌體不撈得用摻磁鹽砂漿伐施工）桌，砂漿誕強度等屬級按常促溫施工哈的強度暫等級提犁高一級歲時，砌浮體強度智和穩(wěn)定萄性不可辨驗算。（1）燒結滅普通磚寬和燒結發(fā)多孔磚愛砌體燒結普菌通磚和膛燒結多孝孔磚砌駕體的抗即壓強度腸設計值業(yè)，按表2.3采用2.甜5砌體的沃其它性粉能2.5泛.1砌體的沃變形模抬量（1）彈癥性模裂量砌體庫的彈牛性模賀量、董線膨作脹系鐘數、塔收縮界系數懲和磨瓶擦系厚數可義分別團按表2.即10～表2.1緊2采用全。砌桌體的喊剪變挽模量宮可按習砌體晝彈性確模量忌的0.萬4倍采用冊。1砌體的厚彈性模博量，可澆按表2.1柜0采用。2.5拖.2砌體許的受乞熱性頑能工程中岔最常見粱的受冷沈熱循環(huán)炒的砌體視結構是掉磚煙囪遇。磚在刑受熱時嗚強度提鹿高，而鑒砂漿在世受熱時絡若溫度受不超過40逆0℃時，強怠度不降閣低，但授超過40嶼0℃后會判降低合（當趣溫度鍛達到60早0℃時，強詢度降低劑越10%）。而伶砂漿受均冷卻時剝，強度三會明顯跪降低（寬如當溫逐度自400條℃冷卻鄰，其引強度鼓可降恰低50%）。或故對靠燒結易普通祝磚和踐普通殿砂漿豎砌筑咳的受照熱砌斤體，帝在一乳面受壘熱的帥情形育下（珠如煙熟囪）漏最高蓬受熱收溫度鋼應低味于400鹿℃，且不方應考慮舅磚強度刊的提高嗽作用。2.矛5.銳3砌體悔的摩驢擦系警數砌體的蛙摩擦系扮數與摩初擦面的拾狀況和造材料種劈燕類有關嫂，其值今可按表2.1悉2采用。綁在進行明砌體抗謠滑移和印抗剪計株算時需敗要考慮蘋摩擦力膨，摩擦素力的數擠值等于定相應摩煌擦系數幟乘以正話壓力。本章小漿結（1）塊材母和砂漿飛可分為歌不同的聚種類，旦每一種紅類有著太各自不效同的特辯點，適貓合于不餐同的情還況下采憤用。塊籠材和砂蜻漿的強糠度等級章主要是貪以其抗舅壓強度勤的平均舌值來劃汪分的。（2）砌尖體的尸種類丹有無吵筋砌立體、直配筋內砌體厭。不桂同種冬類的聾砌體匪具有庸不同騾的特堪點。列選用槳時，罩應本比著因摟地制掀宜、專就地今取材腦的原腥則，陸根據老建筑路物荷咐載的賴大小參和性硬質，嫁并滿沸足建殼筑物聽的使專用與斥要求爬和耐躬久性稻等方勒面的原要求危合理塵選用闖。（3）砌甚體的繡軸心院受壓懇破壞甲過程炒可分在為三漁個階仗段，防在不節(jié)同階剛段，弄裂縫惜的開投展情伍況有成所不予同?；璐u砌伯體的間抗壓材強度朗明顯電