22砌体材料及其力学性能砌体强及种类.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第三节 无筋砌体的抗压强度平均值,一、砌体轴心受压的破坏特征,二、影响砌体抗压强度的主要因素,三、各类砌体抗压强度平均值的计算,一、砌体轴心受压的破坏特征,引言,砌体的受压工作性能与单一匀质材料有明显区别，由于砂浆铺砌不均匀等因素，,块体的抗压强度不能充分发挥，使砌体的抗压强度一般低于单个块体的抗压强度,。为了正确了解砌体的受压工作性能，有必要介绍砖砌体轴心受压及破坏过程。,一、砌体轴心受压的破坏特征,砖与砂浆的应力应变特征,f,应力峰值,f,max,0,峰值应变,0,极限应变,u,砖为脆性材料，具有较长的直线段，达,f,u,后很快达到,u,而破坏。,0,：,0.0010.0015,u,：,0.00110.0023,图,1,砖的应力应变特征,一、砌体轴心受压的破坏特征,砖与砂浆的应力应变特征,/,f,pr,m,0,/,0,峰值应变,0,极限应变,u,与砖相比，砂浆具有较好的变形能力。,0,：,0.00140.0021,u,：,0.003,以上,图,2,砂浆的应力应变特征,1.,砖砌体轴心受压破坏过程,从加压到破坏，砖砌体大致经历三个受力阶段：,第一阶段,单砖先裂,：,N,(,加压荷载,)0.5-0.7N,u,(,破坏荷载,),，某些单砖出现竖向裂缝，停止加载，裂缝停止发展。,第二阶段,裂缝沿竖向贯穿若干皮砖,：,N,0.8-0.9N,u,，单砖内的个别裂缝连接形成贯穿几皮砖的竖向裂缝，停止加载，裂缝继续发展，即对荷载长期效应而言，砌体已经达到破坏荷载。,第三阶段,形成若干独立小柱子,：对短期荷载而言，为砌体完全破坏瞬间，即砌体达到极限强度，呈失稳或压碎破坏。,2.,砌体受压时的受力状态分析,(1),两组砖砌体的试验结果,揭示有必要对,砌体受压时的受力状态进行分析,试件尺寸,370mm,240mm,，高,720mm,组 别,砖的强度,(N/mm,2,),砂浆的强度,(N/mm,2,),破坏荷载,(KN),砌体的强度,(N/mm,2,),水泥砂浆,5.75,5.40,186,2.10,水泥石灰砂浆,8.80,1.40,178,2.00,第一组试件：砌体的强度低于砖的强度，,也低于,砂浆的强度,第二组试件：砌体的强度低于砖的强度，,但高于,砂浆的强度,2.,砌体受压时的受力状态分析,(2),砌体受压时的受力状态,1),砌体中的每一块砖并不是均匀受压，而是同时受弯曲及剪切的作用,。,砖的表面不平整、砂浆铺砌不可能十分均匀。,(,砖并不处于均匀受压状态，因砖的抗剪、抗弯强度低而出现第一批裂缝。,),砌体的抗压强度总是比砖的强度小,。,(,砌体破坏也只是局部截面上的砖被压坏。就整个截面来说，砖的抗压能力并没有被充分利用。,),2.,砌体受压时的受力状态分析,(2),砌体受压时的受力状态,2),砌体竖向受压时，要产生横向变形,。,强度等级低的砂浆横向变形比砖大,。,(,砖与砂浆存在的粘结力，保证两者具有共同的变形，而产生交互作用。,),用低强度等级砂浆砌筑的砌体，其抗压强度可以高于砂浆强度,。,(,砖上下受压，横向受拉；砂浆处于各向受压状态，其抗压强度有所增加。,),强度等级高的砂浆和砖的横向变形相差很小,。,(,两者交互作用不明显，砌体的强度不能高于砂浆本身的强度。,),2.,砌体受压时的受力状态分析,(2),砌体受压时的受力状态,3),砌体的竖向灰缝不可能完全填满，截面积减损、粘结力不能保证，其上砖内产生横向拉应力和剪应力的应力集中，引起砌体强度的降低,。,二、影响砌体抗压强度的主要因素,1.,块体和砂浆的强度,2.,块体形状、尺寸、平整度,3.,砂浆的性能,4.,砌筑质量,1.,块体和砂浆的强度,(,最主要影响因素,),(1),砖强度,：,砖强度与砌体强度之间有很大的区别,砖不平整，砂浆厚度与密实度不均匀，砖与砂浆横向变形能力差异，竖向灰缝上砖内的应力集中，试验上的差异,(,尺寸效应、砂浆材料,),等。,砌体强度与砖强度的方根成正比,。砖的强度越高，在砌体中的利用率越低，一般在,15-60,之间变化。另外，砖的抗弯强度较抗压强度对砌体的强度影响更大。,(2),砂浆强度,：,当砖强度一定时，砌体强度随砂浆强度而线性增长,(,但并不成正比，砌体强度的增长落后砂浆强度的增长很多,),。砂浆的强度越高，砖强度在砌体中的利用率越高。,2.,块体形状、尺寸、平整度,(,影响因素,),尺寸：高度，长度,弯剪应力，强度,形状与平整度,弯剪应力，强度,88,规范规定的砖砌体标准试件截面尺寸为,240mm,370mm,，高度为,720mm,。,尺寸效应换算系数：,=1/(0.72+20S/A),式中：,S,试件截面的周长,A,试件截面面积,3.,砂浆的性能,(,影响因素,),流动性和保水性,：流动性和保水性好的砂浆，铺砌的灰缝的厚度与密实度较均匀，可以降低块体在砌体内的弯剪应力，从而提高砌体的强度。使用掺合料可以提高砂浆的流动性,并不能直接提高砂浆的强度。,砂浆的变形性能,：砖强度不变时，砂浆的强度等级越低，变形越大。砖与砂浆的相对变形大小将影响单砖的受力情况。,4.,砌筑质量,(,影响因素,),砌筑质量有助于改善砌块的受力性能：,润砖,增加粘结力，含水率,8-10,水平灰缝的厚度,控制砂浆的横向变形，,8-12mm,水平灰缝的饱满度,80,水平灰缝的平整度,竖向灰缝的饱满度,50,新砌灰缝的早期受压,可增加砌体的密实度，而提高砌体的强度。,三、各类砌体抗压强度平均值的计算,引言,砌体的抗压强度与许多因素有关，目前采用从,强度破坏机理,上建立,计算模型,再用,试验数据,确定,有关参数,的办法尚有困难，因此大多根据范围较为广泛的系统试验归纳得出的,经验公式,进行计算。许多国家的学者提出过种种计算方法。,为了掌握砌体抗压强度的各主要因素与砌体强度的关系，我国有关单位共取得三千多个试验数据。,88,规范修订组根据既,要与试验值相符合,，,变异系数要尽量小,，,物理概念要明确,，并,在表达式方面尽量向国际标准靠拢,的,原则,，通过反复运算和研究，提出了各类砌体抗压强度平均值的计算统一公式。,三、各类砌体抗压强度平均值的计算,三、各类砌体抗压强度平均值的计算,公式特点,为统一公式，涵盖各类砌体；与试验值符合较好，反映了各因素的影响。,(1),主要取决因素,f,1,-f,m,与,f,1,的方根成正比,以砖砌体为例：,1),砖强度的利用率随砖强度的提高而降低,常用材料范围内，砖强度的利用率在,15-60,之间，并随砖强度的提高而降低，砖强度提高,4,倍，砌体强度只提高,2,倍。例：,三、各类砌体抗压强度平均值的计算,三、各类砌体抗压强度平均值的计算,2),砂浆的强度越高，砖强度的利用率越高,如上两例。,(2),其次影响因素,-f,2,1),低强度砂浆中，砖强度的利用率很低,2),砌体强度随砂浆强度而线性增长，但砌体强度的增长落后于砂浆强度的增长很多。,如：,f,2,=1MPa,，,f,m,=0.835f,1,；,f,2,=15MPa,，,f,m,=1.6f,1,即,f,2,增加,15,倍，,f,m,仅增加,1.92,倍。,三、各类砌体抗压强度平均值的计算,(3)k,1,与,K,1,与块体种类和砌筑方法有关，,与块体高度有关，两者可综合体现砌体抗压强度的大小。如混凝土砌块砌体，因其为单片顺砌或丁砌，而易形成独立小柱，且其高度一般大于,90,而对抗弯有利，故修正。,(4)k,2,低强度砂浆横向变形大，故修正。,(5),高强砌块砌体的抗压强度不能用统一公式外延，必须加以修正。,见,P23,表,1.9,附录,第四节 砌体的抗拉、抗弯、抗剪强度平均值,一、砌体拉、弯、剪的破坏形式,计算中仅考虑水平灰缝中的粘结力,，而不考虑竖向灰缝的粘结力。,a),沿块体和竖缝,与块体的抗拉强度、切向粘结强度有关。,b),沿齿缝,切向粘结强度,与,砌筑方式有关,c),沿通缝,不允许出现,一、砌体拉、弯、剪的破坏形式,法向粘结强度很低，一般不足切向粘结强度的,1/2,，而且往往不易保证。,砌体的切向受力,砌体的法向受力,一、砌体拉、弯、剪的破坏形式,(1),抗拉,：,a),不允许设计沿通缝截面破坏的受拉构件。,b),沿齿缝破坏，砌体抗拉承载力取决于破坏截面上,水平灰缝,的面积，即,与砌筑方式有关,不考虑提高，只考虑折减。,c),沿块体和竖缝破坏，,砌体抗拉承载力取决于,块体,本身的抗拉能力，故抗拉截面积只有砌体受拉截面积的一半。为方便计算仍取受拉全截面积，但,强度以块体抗拉强度的一半计算,。,d),砌体的抗拉强度，取上述两种强度的较小值。,一、砌体拉、弯、剪的破坏形式,(2),抗弯,：,a),沿通缝截面,b),沿齿缝截面,c),沿块体和竖向灰缝截面,取,b),、,c),两种弯曲抗拉强度的较小值。,一、砌体拉、弯、剪的破坏形式,(3),抗剪,：砌体水平灰缝的切向粘结力实际上就是砌体沿通缝截面的抗剪强度，一般通过试验确定。,单剪试验,(73,规范,),离散性大,双剪试验,砌体结构基本力学性能,(GBJ129-90),一、砌体拉、弯、剪的破坏形式,砌体受剪破坏形式。据试验，三种抗剪强度基本一样。,沿通缝剪切 沿齿缝剪切 沿阶梯形缝剪切,剪摩破坏 斜压破坏 剪压破坏,二、砌体拉、弯、剪平均强度计算公式,轴心抗拉,强度平均值,弯曲抗拉强度平均值,抗剪强度,平均值,f,t,m,=k,3,f,2,f,tm,m,=k,4,f,2,f,v,m,=k,5,f,2,k,3,k,4,k,5,沿齿缝,沿通缝,k,值与砌体种类有关,第五节 砌体的变形性能,一、砌体的应力,应变关系,砌体是弹塑性材料，从受压一开始，应力与应变就不成直线变化。随着荷载的增加，变形增长逐渐加快。在接近破坏时，荷载很少增加，变形急剧增长。所以对砌体来说，,应力应变是一种曲线变化规律,。,据前苏联和国内湖南大学一组,4,个试件和西安冶金建筑学院,5,个变形较小试件的量测结果资料，应力应变,-,曲线采用下列,对数关系式,较符合：,一、砌体的应力,应变关系,一、砌体的应力,应变关系,二、砌体的弹性模量,切线弹性模量,E,初始弹性模量,E,0,割线弹性模量,E,二、砌体的弹性模量,规范主编者建议取值,1),为了避免当,f,m,很大时，,E,随,f,m,的加大而增长过多，即避免曲线上翘，取,当,f,m,1.5MPa,时，,=1250/3,当,f,m,1.5MPa,时，,=1250(1-1/f,m,),所给出的,值，与,=460f,是一致的。,2),规范规定的,E,，与,f,成正比，并且仍然以砂浆的强度等级为基准。,3),石砌体,E,根据,f,2,采用。,三、砌体的剪变模量,由材料力学,G=E/2(1+,),式中：,泊松系数，一般取,0.10.2,。对标准,砖与空心砖砌体，近似可取为,0.15,，,对于砌块砌体，可取为,0.3,。,则,G=E/2(1+,)=(0.450.38)E,规范近似取：,G=0.4E,三、砌体的物理性能指标,1.,砌体的线膨胀系数,温度变化引起砌体膨胀、收缩变形。当这种变形受到约束时，砌体会产生附加内力、附加变形及裂缝。当计算这种,附加内力及变形裂缝,时，砌体的线膨胀系数是重要的参数。,限制温度,:,不超过,400,度,(,参见,P39),三、砌体的物理性能指标,2.,砌体的收缩率,砌体吸水膨胀，失水干缩，产生变形。对于烧结块材砌体，干缩变形较小；而,非烧结块材砌体,，如混凝土砌块、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖等砌体，,则会产生较大的干缩变形,，其特点是早期发展快，,28d,大约完成,50%,，以后逐渐变慢至几年后停止。,干缩后的材料在受潮后仍然会发生膨胀，失水后再次发生干缩变形,(,其收缩率约为第一次的,80%),。,因干缩变形造成的墙体裂缝有时是相当严重的，不可忽视。,三、砌体的物理性能指标,3.,砌体的摩擦系数,滑移面因法向压力而产生摩擦阻力。摩擦阻力的大小与法向压力及摩擦系数有关。摩擦系数的大小与摩擦面的材料及其干湿状态有关。,