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1、砌 体 结 构,第二章 砌体及其基本材料力学性能,2.1 砌体材料及强度等级2.2 砌体的种类2.3 砌体的受压性能2.4 砌体的受拉、受弯、受剪性能2.5 砌体的变形及其他性能,砌体的受压性能,一、砌体的受压破坏特征,试验研究表明，砌体轴心受压从加载直到破坏，按照裂缝的出现、发展和最终破坏，大致经历三个阶段:,砌体的受压性能,一、砌体的受压破坏特征,特点：荷载不增加，裂缝也不会继续扩展，裂缝仅仅是单砖裂缝。,第阶段,砌体的受压性能,一、砌体的受压破坏特征,特点：若不继续加载，裂缝也会缓慢发展。,第阶段,砌体的受压性能,一、砌体的受压破坏特征,特点：荷载增加不多，裂缝也会迅速发展。,第阶段,砌
2、体是由块体与砂浆粘结而成，在砌体试验时，测得的砌体强度是远低于块体的抗压强度，这是因为砌体中单个块体所处的复杂应力状态所造成的。 砌体中的块体材料本身的形状不完全规则平整、灰缝厚度不一且不一定均匀饱满密实。 单个块体材料在砌体内受压不均匀，且在受压的同时还处于受弯和受剪状态。由于砌体中块体的抗弯和抗剪的能力一般都较差，故砌体内第一批裂缝的出现在单个块体材料内。,砌体的受压性能,二、砌体的受压应力状态,块体与砂浆的交互作用 1、砌块与砂浆的弹性模量及横向变形系数并不同； 2、块体材料和砂浆间存在粘结力； 在这种交互作用下，使得砌体的抗压强度比相应块体材料的强度要低很多。,砌体的受压性能,砌体的受
3、压性能,弹性地基梁作用 砌体内的块体材料可视为作用在弹性地基上的梁，下面的砌体可视为这一弹性地基。 这一“地基”的弹性模量越小，砖的变形越大，砖内产生的弯剪应力越高。,砌体的竖向灰缝不饱满、不密实 易在竖向灰缝上产生应力集中，同时竖向灰缝内的砂浆和砌块的粘结力也不能保证砌体的整体性。因此，在竖向灰缝上的单个块体内将产生拉应力和剪应力的集中，从而加快块体的开裂，引起砌体强度的降低。,砌体的受压性能,三、影响砌体抗压强度的因素,通过对各种砌体在轴心受压时的受力分析及试验结果表明，影响砌体抗压强度的主要因素有以下几个：,块体与砂浆的强度等级 一般地，砌体强度将随块体和砂浆强度的提高而增加，且单个块体
4、的抗压强度在某种程度上决定了砌体的抗压强度。对于砂浆，其强度等级越高，砂浆的横向变形越小，砌体的抗压强度也将有所提高。,砌体的受压性能,2. 砂浆的性能 砂浆的保水性、流动性和变形能力均对砌体的抗压强度有影响。 砂浆的流动性大、保水性好时，容易铺成厚度均匀和密实性良好的灰缝，可降低单个块体内的弯剪应力，从而提高砌体强度。,砌体的受压性能,3. 块体的尺寸、形状与灰缝的厚度 砌体强度随块体高度的增大而加大，随块体长度的增大而降低。 块体的高度增大，其块体的抗弯、抗剪及抗拉能力增大，砌体受压破坏时第一批裂缝推迟出现，其抗压强度提高；砌体中块体的长度增加时，块体在砌体中引起的弯、剪应力也较大，砌体受
5、压破坏时第一批裂缝相对出现早，其抗压强度降低。,砌体的受压性能,块体的形状 越规则，表面越平整，块体的受弯、受剪作用越小，单块块体内的竖向裂缝将推迟出现，故而砌体的抗压强度可得到提高。,砌体的受压性能,砂浆灰缝 灰缝厚，容易铺砌均匀，对改善单块砖的受力性能有利，但砂浆横向变形的不利影响也相应增大。 灰缝薄，难以保证灰缝的均匀与密实性，使单块块体处于弯剪作用明显的不利受力状态，严重影响砌体的强度。 因此，应控制灰缝的厚度，使其处于既容易铺砌均匀密实，厚度又尽可能的薄。,4. 砌筑质量 砌筑质量的影响因素是多方面的，砌体砌筑时水平灰缝的饱满度，水平灰缝厚度，块体材料的含水率以及组砌方法等关系着砌体
6、质量的优劣。,砌体的受压性能,砂浆铺砌饱满、均匀 改善块体在砌体中的受力性能，使之较均匀地受压而提高砌体抗压强度；反之，则降低砌体强度。,砌体的受压性能,砌体在砌筑前，应先将块体材料充分湿润 砌体的抗压强度将随块体材料砌筑时的含水率的增大而提高，而采用干燥的块体砌筑的砌体比采用饱和含水率块体砌筑的砌体的抗压强度约下降15%。,砌体的受压性能,组砌要求：块体排列应横平竖直、上下错缝、内外相互搭接。,砌体的受压性能,四、砌体抗压强度的计算,根据大量的试验数据表明，各类砌体轴心抗压强度平均值主要取决于块体的抗压强度平均值f1，其次为砂浆的抗压强度平均值f2，新的砌体结构设计规范提出了如下的计算公式：
7、,式中： 砌体轴心抗压强度平均值(MPa)。 块体的抗压强度平均值(MPa)。 砂浆的抗压强度平均值(MPa)。 与块体类别及砌体类别有关的参数，见表2-7。 砂浆强度影响的修正参数，见表2-7。 与块体类别及砌体类别有关的参数，见表2-7。,砌体的受压性能,表2-7 计算参数,第二章 砌体及其基本材料力学性能,2.1 砌体材料及强度等级2.2 砌体的种类2.3 砌体的受压性能2.4 砌体的受拉、受弯、受剪性能2.5 砌体的变形及其他性能,在实际工程中，因砌体具有良好的抗压性能，故多将砌体用作承受压力的墙、柱等构件。与砌体的抗压强度相比，砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉以及抗剪强度都低很多。但有时也用
8、它来承受轴心拉力、弯矩和剪力，如砖砌的圆形水池、承受土壤侧压力的挡土墙等。,砌体的受拉、受弯、受剪性能,一、砌体的轴心受拉性能 依据拉力作用于砌体的方向，有三种破坏形态： 1、当轴心拉力与砌体水平灰缝平行时，砌体可能沿灰缝齿状截面(或阶梯形截面)破坏，即为砌体沿齿状灰缝截面轴心受拉破坏，如图所示。,砌体的受拉、受弯、受剪性能,2、在同样的拉力作用下，砌体也可能沿块体和竖向灰缝较为整齐的截面破坏，即为砌体沿块体(及灰缝)截面的轴心受拉破坏，如图所示。,砌体的受拉、受弯、受剪性能,3、当轴心拉力与砌体的水平灰缝垂直时，砌体可能沿通缝截面破坏，即为砌体沿水平通缝截面轴心受拉破坏，如图所示。,在现行的
9、砌体结构设计规范中，提高了块体的最低强度等级，一般可防止和避免砌体沿块体与竖向灰缝截面的受拉破坏情况。故而砌体的轴心受拉主要考虑沿齿缝破坏的形式，规范规定砌体沿齿缝截面破坏的轴心抗拉强度平均值计算公式为：,砌体的受拉、受弯、受剪性能,式中： 砌体轴心抗拉强度平均值(MPa)。 砂浆的抗压强度平均值(MPa)。 与块体类别有关的参数，其取值见下表。,二、砌体的受弯性能,砌体结构弯曲受拉时，按其弯曲拉应力使砌体截面破坏的特征，同样存在三种破坏形态：1、沿齿缝截面受弯破坏(如图(a)所示)；2、沿块体与竖向灰缝截面受弯破坏(如图(b)所示)3、沿通缝截面受弯破坏(如图(c)所示) 。,砌体的受拉、受
10、弯、受剪性能,(a)齿缝破坏,(b)块体破坏,(c)通缝破坏,砌体沿齿缝和通缝截面的弯曲抗拉强度，可按下式计算：,砌体的受拉、受弯、受剪性能,式中 砌体弯曲抗拉强度平均值(MPa)。 砂浆的抗压强度平均值(MPa)。 与块体类别有关的参数，其取值见表。,砌体的受拉、受弯、受剪性能,砌体弯曲抗拉强度平均值计算参数,砌体的受拉、受弯、受剪性能,影响砌体抗剪强度的因素块体和砂浆的强度 块体和砂浆的强度对砌体的抗剪强度均有影响，但其影响的程度与砌体的破坏形态有关。对于剪摩破坏和剪压破坏砌体，由于破坏面沿砌体灰缝截面发生，因此砂浆的强度影响较大，块体的强度影响较小。,三、砌体的受剪性能,砌体的受拉、受弯
11、、受剪性能,而对于斜压破坏砌体，由于破坏面沿压力作用方向的块体和灰缝截面发生，裂缝贯通灰缝发展，这种情况下块体的强度对砌体的抗剪强度影响相对较大。,砌体的受拉、受弯、受剪性能,2) 垂直压应力 砌体截面上的垂直压应力 的大小不但决定着砌体的剪切破坏形态，也直接影响砌体的抗剪强度。 当砌体截面上施加的垂直压应力较小，砌体处于剪摩受力状态时，由于水平灰缝中砂浆产生较大的剪切变形，而由垂直压应力产生的摩擦力将阻止砌体剪切面的水平滑移，因此随垂直压应力 的增大，砌体的抗剪强度提高，随着剪应力的增加，砌体最终将发生剪摩破坏。,砌体的受拉、受弯、受剪性能,当砌体截面上施加的垂直压应力较大，砌体处于剪压受力
12、状态时，此时垂直压应力的增大，砌体的抗剪强度也增加，但增加幅度愈来愈小，随着剪应力的增加，砌体最终将因斜截面上主拉应力不足而发生剪压破坏； 当砌体截面上施加的垂直压应力更大时，砌体处于斜压受力状态，随着垂直压应力的增加，砌体的抗剪强度迅速下降直至为零，在剪应力的共同作用下，砌体将发生斜压破坏。,砌体的受拉、受弯、受剪性能,3) 砌筑质量 灰缝砂浆的密实性、饱和度影响着砂浆与块体间的粘结强度，而砂浆与块体间的粘结强度对剪摩破坏和剪压破坏的砌体的抗剪强度均有着较大影响；而块体在砌筑时的含水率亦影响着砌体的抗剪强度。,砌体的受拉、受弯、受剪性能,4) 试验方法 砌体的抗剪强度除与以上因素有关外，还与
13、试件的形状、尺寸以及加载方式有关，亦和砌体的试验方法有关，砌体抗剪具体试验方法和要求可查阅砌体基本力学性能试验方法标准(GBJ 129-90)。,3砌体的抗剪强度 砌体的抗剪强度主要取决于水平灰缝中砂浆与块体的粘结强度， 规范规定砌体的抗剪强度平均值计算公式为：,砌体的受拉、受弯、受剪性能,式中 砌体抗剪强度平均值(MPa)。 砂浆的抗压强度平均值(MPa)。 与块体类别有关的参数，其取值见下表。,第二章 砌体及其基本材料力学性能,2.1 砌体材料及强度等级2.2 砌体的种类2.3 砌体的受压性能2.4 砌体的受拉、受弯、受剪性能2.5 砌体的变形及其他性能,砌体的变形及其他性能,一、 砌体的
14、应力应变关系 砌体受压时的应力应变曲线是砌体的基本性能之一。砌体是弹塑性材料，砌体受压时，随应力的增加，应变也增大，但这种增长从一开始就不是呈线性变化的。砌体结构受压应力应变曲线有多种不同的表达式，国内外多采用对数应力应变的曲线，其计算表达式为：,式中 砌体抗压强度平均值(MPa)。 砌体变形的弹性特征系数，主要与砂浆的强度等级有关。,砌体的变形及其他性能,由图可知，当砌体应力较小时，其应力应变关系近似于直线，说明砌体基本上处于弹性阶段；当砌体应力较大时，其应变增长的速率逐渐大于应力的增长速率，砌体己逐渐进入弹塑性阶段，呈现出明显的非线性关系。,砌体对数应力应变的曲线,砌体的变形及其他性能,二
15、、砌体的弹性模量和剪变模量 砌体的弹性模量是其应力与应变的比值，主要用于计算构件在荷载作用下的变形，是衡量砌体抵抗变形能力的一个物理量。,砌体的变形及其他性能,为便于应用，现行砌体结构设计规范按不同强度等级砂浆，取弹性模量与砌体的抗压强度设计值成正比关系。 对于石材抗压强度和弹性模量远高于砂浆相应值的石砌体，砌体的受压变形主要集中在灰缝砂浆中，故石砌体弹性模量可仅按砂浆强度等级确定。各类砌体的受压弹性模量见表。,砌体的变形及其他性能,砌体的弹性模量(MPa),注：f 为砌体的抗压强度设计值。,砌体的变形及其他性能,当需计算墙体的剪切变形时，需用到砌体的剪变模量。砌体的剪变模量与砌体的弹性模量和
16、泊松比有关，根据材料力学公式，剪变模量G为：,式中： 为材料的泊松比，取值一般为0. 10.2，而规范取近似取 。,砌体的变形及其他性能,三、砌体的线膨胀系数和收缩率,温度变化时，砌体将产生热胀冷缩变形。当这种变形受到约束时，砌体内将产生附加内力，而当此内力达到一定程度时，此附加内力将造成砌体结构开裂和裂缝的扩展。 为计算和控制此附加内力，避免此裂缝的形成和开展，要用到砌体的温度线膨胀系数，此系数与砌体种类有关，规范规定的各类砌体的线膨胀系数见表。,砌体的变形及其他性能,除热胀冷缩变形外，砌体在浸水时体积膨胀，在失水时体积收缩，这种收缩变形为干缩变形，它比膨胀变形大得多。,砌体的变形及其他性能,四、砌体的摩擦系数,当砌体结构产生滑移趋势或发生滑移时，由于法向压力的存在，在滑移面上将产生摩擦阻力。规范规定的砌体摩擦系数见表。,
