砌体结构砌体的物理力学性能

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1、2018年8月27日星期一7时55分38秒,1,第一章 绪论,2.1,2.2,块体和砂浆的强度等级,砌体的受压性能,1.4,第二章 砌体的物理力学性能,2.3,砌体的受拉、受弯和受剪性能,2.4,砌体的强度设计值,2.4,砌体的其它性能,学习重点： 砌体材料的种类及砌体受压、受拉、受弯、受剪的力学性能，影响砌体抗压强度的主要因素，根据各种的受力条件下砌体强度计算公式。 学习目标： 通过学习要求熟悉砌体材料及砌体种类，掌握砌体受力的力学性能及影响砌体抗压强度的因素，可以加深对砌体结构的认识，正确的进行设计计算。,2018年8月27日星期一7时55分38秒,2.1.1 块体的强度等级,2.1 块体

2、和砂浆的强度等级,网状砌体结构是由块材和砂浆经组砌而成的整体材料。砌体中常用的砖、砌块和石材三类。块体的强度等级是根据其抗压强度标准值的大小而划分的，块材强度等级以符号MU（Masonry Unit）表示，块体的强度等级有符号“MU”加相应的数字表示，其数字表示抗压强度整数值，单位为MPa。（1）烧结普通砖、烧结多孔砖的强度等级共分为5级，依次是MU30、MU25、MU20、MU15、MU10. 烧结普通砖是以黏土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成的实心或空洞率不大于规定值且外形尺寸符合规定的砖。其标准尺寸是240mm115mm53mm，通称为“标准砖”。烧结多孔砖的空洞率不小于25

3、,孔的尺寸小而数量多，主要用于承重部位，简称多孔砖。,（2）蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖的强度等级共分为4级，依次是MU25、MU20、MU15、MU10蒸压灰砂砖是以石灰和砂为主要材料，经配料制备、压制成型，蒸压养护而成的实心砖，简称灰砂砖。蒸压粉煤灰砖的制作工艺同灰砂砖，主要原料为粉煤灰、石灰，并掺加适量石膏和集料。（3）砌块的强调等级共分为5级，依次是MU30、MU25、MU20、MU15、MU10.混凝土小型空心砌块主要由普通混凝土，轻骨料混凝土制成，主规格390mm190mm190mm，空心率为2550。砌块表观密度较小，可减轻结构自重，保温隔热性能好，施工速度快，能充分利用工业废料、价

4、格便宜。在很多地方已广泛用于房屋的墙体和用于高层建筑结构的承重墙体。,（4）石材的强度等级共分为7级，依次是MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20。在承重结构中，常用的石材有花岗岩、石灰岩和凝灰岩等， 天然建筑石材具有强度高、耐久性好、抗冻与抗气性能好等优点， 并多用于房屋的基础及勒脚部位。有时也用于房屋的墙体，因其保温性能差，需要较大的墙厚而显得不经济。石材根据其外形和加工程度可将天然石材分为料石和毛石两种。料石按加工平整程度不同分为细料石、半细料石、粗料石和毛料石。确定石材的强度等级时，若采用其它尺寸的立方体作试块，应对其试验结果乘以相应的换算系数（表2.1

5、）,表2.1 石材强度等级的换算系数,表2.1 石材强度等级的换算系数,2.1.2 砂浆的强度等级砂浆是由胶结材料（水泥、石灰）和砂加水搅拌而成的混合材料。砂浆的作用是把块材粘结成整体，并在块材之间起分散压力的作用。砂浆应有足够的强度和耐久性，并具有一定的保水性和和易性。 砂浆的强度等级共分为5级，依次是MU15、MU10、MU7.5、MU5、MU2.5，M后面的数字表示抗压强度值。单位为MPa。,2.1.3 块体和砂浆强度等级的选用 在选用砌体结构的块体材料时，应有足够的强度，以符合砌体结构构件对承载能力的要求。块体也应有良好的耐久性（是指建筑结构在正常的维护下，材料性能随时间变化，还能满足

6、预定的功能要求的性能）、并有较好的保温隔热性能。砌筑用的砂浆不仅拥有足够的强度，而且还应该具有良好的和易性（可塑性）和有一定的保水性。砂浆中摻入适量的掺合物，如在砂浆中摻入石灰膏、粉煤灰等有机塑化剂，可提高砂浆的和易性和保水性，又能提高砌筑质量。 在选用块体材料和砂浆时应因地制宜、就地取材、按建筑物对耐久性的要求、房屋的使用年限、气体的砌体的受力特点、工作环境和施工条件等各方面因素综合考虑。 对地面以下或防潮层以下的砌体所用材料，应符合最低强度等级要求。规范对地表以下或防潮层以下砌体、潮湿房间墙所用材料的最低强度等级规定见表2-2。,表2.2 潮湿环境下的材料最低强度等级,2.2 砌体的受压性

7、能,Mpa,在实际工程中，大部分砌体都属于受压构件，要对砌体受压性能应有个全面的了解。不同种类的砌体，受压性能不相同，但受力机理有很多的相同只处，下面以普通砖砌体受压，来了解砌体的受压性能。,2.2.1 砌体受压的受力阶段 砌体的受压性能试验主要是以实心砖砌体轴心受压为例，从砖柱受压试验可知，轴心受压砖砌体从加荷载至破坏可分为三个阶段。 （1）第一阶段 由加荷载开始至个别砖出现裂缝为第一阶段。此时压力为破坏荷载5070，其特征裂缝是出现在单块砖内，如不继续加载，裂缝不会继续扩展或增加。（图a） （2）第二阶段 随着荷载的继续增加，单块砖内的裂缝上下延伸和不断扩展，垂直通过若干皮砖，形成一段段连

8、续裂缝。当荷载达到破坏荷载的8090时，即使荷载不增加，裂缝还是继续发展。（图b） (3)第三阶段 当荷载进一步增加，砌体内裂缝迅速扩展，加长加宽，形成几条贯穿的裂缝，最终将砌体分成几个小立柱。整个砌体明显向外鼓出，最后某些小立柱失稳或压碎，整个砌体即被破坏（图c）,图 2.1 轴心受压砖砌体的受压阶段,2.2.2 砌体受压时的应力状态分析 试验结果表明，砖砌体在受压时不但单块砖开裂过早，且砌体的抗压强度远低于砖的抗压强度。这一现象是砌体体内单块砖所受的复杂应力作用加以说明。 （1）在砌体受压时单块砖并非均匀受压 由于单块砖的外形不规则平整，所铺砂浆的厚度和成分也不可能非常均匀，水平灰缝饱满度

9、不足，所以在单块砖的砌体内不能均匀受压，而是处于压、拉、弯、剪、扭和局部受压等复力应力状态。由于砖的抗拉强度较低，当弯、剪引起的主拉应力超过砖的抗拉强度后，砖就会因拉而开裂，最终使砖砌体的强度远低于砖的强度（图2.2）。 （2）砌体中单块砖和和砂浆的交互作用砌体中单块砖与和砂浆的交互作用使砖承受压力。由于砖与砂浆的弹性模量及横向变形系数不同，砖的横向变形小于砂浆的横向变形。由于砖与砂浆之间的粘结力和摩擦力的存在，砖对砂浆的横向变形起阻碍的作用，砂浆对砖则形成了水平附加拉力，这种拉力也是使砖开裂早的原因。若砂浆强度等级越高时，砖与砂浆的横向变形差异愈小，砂浆对砖所形成的水平附加拉力也愈小，这种原

10、因可避免。,图2.2 块体的受力状态,（3）竖向灰缝应力集中 在砌筑时，砌体的竖向灰缝未能很好的填满，同时竖向灰缝内的砂浆和砖的粘结力难以保证砌体的整体性。因此，在竖向灰缝上的砖内将产生拉应力和剪应力集中，从而也加快了砖的开裂，引起砌体强度降低。,2.2.3 影响砌体抗压强度的主要因素 从砌体受压时的应力状态分析可知，影响砌体的主要因素有：块体和砂浆的强度，变形模量，块体外形尺寸，灰缝厚度等，砌筑质量也是关键因素之一。 （1）块体和砂浆强度 块体和砂浆的强度指标是确定砌体强度最主要的因素。块体和砂浆的强度高，砌体的抗压强度也高。试验表明，提高砌体强度等级比提高砂浆强度等级对增大砌体抗压强度的效

11、果好，当块体强度等级提高一倍，砌体的抗压强度可提高0.5倍左右。 块体的截面高度对砌体的抗压强度也有较大的影响，块体的截面高度越大，其截面的抗弯、抗剪、抗拉的能力越强，砌体的抗压强度越大。 （2）块体尺寸和几何形状块体的尺寸、外观形状及表面平整程度对砌体的抗压强度也有较大的影响。从前面砌体的受压状态的分析可知，砌体厚度大、外形规则平整，其所在砌体中收的拉、弯、剪应力较小，有利于推迟块体裂缝的出现，从而延缓了砌体的破坏，提高了抗压强度。,（3）砂浆的性能砂浆具有明显的弹塑性性质， 砌筑时砂浆的和易性良好、流动性大时，会形成厚度均匀和密实的灰缝，可改善块体内的应力状态，使砌体强度提高。但砂浆的可塑

12、性过大，弹性模量过低时，会增加砌体受压时砂浆的横向变形，使砌体所受横向拉应力增大，降低砌体的强度。所以砌筑时用的是砂浆的强度高、可塑性适当、弹性模量大，砌体的抗压强度较高。 （4）砌筑质量砌体砌筑时水平灰缝的饱满度、水平灰缝的厚度及砖的含水率等关系影响着砌体的质量。试验表明，当砂浆的饱满度为73时，砌体的强度可达到规定的强度。因此，砌体施工验收规范中，要求水平灰缝的饱满度不小于80，水平灰缝的饱满度越高，砌体的俄抗压强度越高。水平灰缝愈厚，砂浆横向变形愈大，砌体内复杂应力随之加剧，砌体的抗压强度亦降低。通常砂浆的水平灰缝厚度为8mm12mm。干砖会过多吸收灰缝中砂浆的水分，使砂浆失去水分达不到

13、结硬后应有的强度，砌筑时一般控制砖的含水率为1015。此外，块体的外形规整程度，试件的龄期，竖向灰缝的饱满度，砂浆和块体的粘结力以及搭接方式等都会对砌体的抗压强度有影响。,2.3 砌体的受拉、受弯和受剪性能在实际工程中，砌体除了受压力作用外，还承受轴心受拉、弯矩、剪力作用。如圆形水池池壁或谷仓在液体的侧向压力作用下江产生轴向拉力；挡土墙在土压力作用下，将产生弯矩、剪力作用；砖砌过梁在自重和荷载作用下受到弯矩，剪力作用等。,2.3.1 砌体轴心受拉 砌体在轴心拉力作用下，可能出现三种不同形态的破坏特征：沿齿缝截面破坏；沿块体和竖向灰缝破坏；沿水平灰缝截面破坏。一般情况下，砂浆的强度较低，砂浆与块

14、体的粘结强度低于块体的抗拉强度，将发生沿齿缝的破坏；当沿着块体和竖向灰缝截面破坏是，砌体的抗拉承载能力取决于块体本身的抗拉强度，当块体抗拉强度低于水平灰缝中砂浆与块体之间的切向粘结力时，才会发生这种破坏；当轴向拉力与砌体的水平灰缝垂直时，砌体发生沿水平灰缝截面破坏，这种对抗拉力承载力其决定作用的因素是法向粘结力，由于法向粘结力强度小且不易保证，设计中不允许采用。（图2.3）,图 2.3 砌体轴心受拉的破坏形态,（2）砌体的轴心抗拉强度砌体沿着齿缝截面破坏的轴心抗拉强度平均值 为式中 与块材种类有关的系数；烧结普通砖、烧结多孔砖， =0.141；蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖， =0.09；混凝土砌块

15、， =0.069；毛石， =0.075。砂浆的抗压强度平均值。,2.3.2 砌体受弯当砌体受弯时，破坏将发生在弯曲受拉的一侧，因为砌体的弯曲抗拉强度低于弯曲抗压强度。砌体受弯破坏会发生两种可能的破坏形态，即沿着齿缝破坏和沿块体截面破坏（图2.4）；在大偏心受压时，砌体可能在最大弯矩截面处发生沿着通缝的弯曲受拉破坏，这种破坏的砌体抗拉强度与砂浆的强度等级有关。,图2.4 砌体的受弯破坏,2.3.3 砌体的受剪在实际工程中，砌体的受剪是另一较为重要的性能，砌体的受剪破坏主要有沿齿缝破坏、沿水平缝破坏及沿阶梯截面破坏图(2.5）。,图2.5 砌体的受剪破坏,2.4 砌体的强度设计值,2.4.1 强度

16、设计值的确定砌体的抗压强度是按照一定的尺寸、形状和加载方法等条件，通过试验确定的。根据各类砌体轴心受压试验结果，规范给出适用于各类砌体轴心抗压强度平均值的计算表达式：式中 砌体抗压强度平均值（MPa）；块体的抗压强度等级值或平均值（MPa）；砂浆抗压强度平均值（MPa）；与砌体类别和砌筑方法有关的系数，见表2.2.1a与块体高度有关的系数，见表2.2.1砂浆强度对砌体强度的修正系数，见表2.2.1,表2.2.1 各类砌体轴心抗压强度平均值,2.4.2 砌体的抗压强度设计值龄期为28天的以毛截面计算的各类砌体抗压强度设计值，当施工质量控制等级为B级时，应根据块体和砂浆的强度设计等级按以下规定采用。对施工阶段砂浆尚未硬化的新砌体的强度和稳定性，可查表中“砂浆强度为零”的数值进行验算。对于冬季施工采用掺盐砂浆法施工的砌体（配筋砌体不得用掺盐砂浆施工），砂浆强度等级按常温施工的强度等级提高一级时，砌体强度和稳定性不可验算。（1）烧结普通砖和烧结多孔砖砌体 烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值，按表2.3采用,