16圬工结构的基本概念与材料.ppt

第十六章圬工结构的基本概念与材料圬工结构的基本概念与材料Basic Concept and Material of Masonry Structure 1l 圬工结构的概念及污工结构的特点。圬工结构的概念及污工结构的特点。l 圬工材料的种类。圬工材料的种类。l 砌体受压破坏特征和应力状态以及影响因素。砌体受压破坏特征和应力状态以及影响因素。l 砌体的抗拉、抗弯、抗剪的破坏形式。砌体的抗拉、抗弯、抗剪的破坏形式。本章的主要内容：216.1 圬工结构的基本概念与材料与特点 一、圬工结构的基本概念一、圬工结构的基本概念 1 1、圬工结构圬工结构以砖、石材作为建筑材料，通过以砖、石材作为建筑材料，通过将其与砂浆或小石子混凝土砌筑将其与砂浆或小石子混凝土砌筑而成的砌体所建成的结构而成的砌体所建成的结构用砂浆砌筑混凝土预制块、整体用砂浆砌筑混凝土预制块、整体浇筑的混凝土或片石混凝土等构浇筑的混凝土或片石混凝土等构成的结构成的结构 砖石结构砖石结构 混凝土结构混凝土结构圬工结构圬工结构3赵州桥又名安济桥，建于隋大业赵州桥又名安济桥，建于隋大业(公元公元605-618)年间，是著名匠师李春年间，是著名匠师李春建造。桥长建造。桥长64.40米，跨径米，跨径37.02米，是当今世界上跨径最大、建造最早米，是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥。因桥两端肩部各有二个小孔，不是赵州桥的结构：的单孔敞肩型石拱桥。因桥两端肩部各有二个小孔，不是赵州桥的结构：主拱由主拱由28道相互独立的拱券并列而成，建桥时先砌中间的，再砌两边的，道相互独立的拱券并列而成，建桥时先砌中间的，再砌两边的，每道拱券宽约每道拱券宽约35厘米，每石长度不同，自厘米，每石长度不同，自70厘米至于厘米至于109厘米不等，各厘米不等，各块条石之间用二个块条石之间用二个“腰铁腰铁”相连。每条拱券坏了可单独修理，因外侧的拱相连。每条拱券坏了可单独修理，因外侧的拱券易风化损坏，明代时桥西侧的券易风化损坏，明代时桥西侧的5道拱券塌落，在明清时重修（没有修道拱券塌落，在明清时重修（没有修复记录，可明显看出与中间的石料不同），复记录，可明显看出与中间的石料不同），1955年对东侧塌落的年对东侧塌落的5道拱道拱券进行了重修。中间券进行了重修。中间18道拱券还是隋代建筑的。道拱券还是隋代建筑的。452 2、受力特点、受力特点 抗压强度高而抗拉和抗剪强度低抗压强度高而抗拉和抗剪强度低3 3、应用、应用 圬工拱桥的拱圈、桥的重力式墩台及扩大基础、涵洞圬工拱桥的拱圈、桥的重力式墩台及扩大基础、涵洞及重力式挡土墙等及重力式挡土墙等 4 4、圬工结构的优缺点、圬工结构的优缺点 优点：优点：l 原材料分布广，易于就地取材，价格低廉；原材料分布广，易于就地取材，价格低廉；l 有较强的耐久性、耐火性及稳定性，维护费用低；有较强的耐久性、耐火性及稳定性，维护费用低；l 施工简便，不需特殊设备，易于掌握；施工简便，不需特殊设备，易于掌握；l 具有较强的抗冲击性能及较大的超载性能。具有较强的抗冲击性能及较大的超载性能。6缺点：缺点：l自重大，材料用量多；自重大，材料用量多；l施工周期长，机械化程度低；施工周期长，机械化程度低；l抗拉、抗弯强度很低，抗震能力差。抗拉、抗弯强度很低，抗震能力差。7主跨主跨(Main Span)：13.45米米桥梁类型桥梁类型(Type of the Bridge)：古代桥梁、圬工：古代桥梁、圬工拱桥、拱桥拱桥、拱桥所在地所在地(Location)：北京、：北京、永定河永定河全长全长(Length)：212.2米米建成时间建成时间(completed year)：公元：公元1192年年猜猜这是什么桥？猜猜这是什么桥？8北京宛平卢沟桥在北京广安门外公里，北京宛平卢沟桥在北京广安门外公里，跨永定河。桥始建于金跨永定河。桥始建于金大定二十八年大定二十八年(公元公元年），完工于金年），完工于金明昌三年明昌三年(公元公元年）。桥全长米，共孔，年）。桥全长米，共孔，净跨不等，自米至米，净跨不等，自米至米，桥宽米，墩宽米至米。桥宽米，墩宽米至米。拱券接近半圆形。桥墩迎水面有尖端镶有三拱券接近半圆形。桥墩迎水面有尖端镶有三角铁柱的分水尖，背水面为削角方形。桥面角铁柱的分水尖，背水面为削角方形。桥面上石拦杆共间，各望柱头上，雕刻有上石拦杆共间，各望柱头上，雕刻有石狮个。石狮个。9桥梁类型桥梁类型(Type of the Bridge)：古代桥梁、拱桥、圬工拱桥：古代桥梁、拱桥、圬工拱桥所在地所在地(Location)：湖北、荆州：湖北、荆州位于湖北省荆州市旧城位于湖北省荆州市旧城(江陵）护城河上。石拱桥，共孔，江陵）护城河上。石拱桥，共孔，每孔拱顶处有一龙头，龙尾。解放后进行了改建，龙头嘴设有每孔拱顶处有一龙头，龙尾。解放后进行了改建，龙头嘴设有喷水装置，喷水如雾，光照水雾彩虹横贯，可称一绝。喷水装置，喷水如雾，光照水雾彩虹横贯，可称一绝。10二、材料种类二、材料种类1 1、石材、石材l概念：是无明显风化的天然岩石经过人工开采加工概念：是无明显风化的天然岩石经过人工开采加工后的建筑用材。后的建筑用材。l优点：强度高、抗冻与抗气性能好。优点：强度高、抗冻与抗气性能好。l应用：广泛用于建造桥梁基础、墩台、挡土墙等。应用：广泛用于建造桥梁基础、墩台、挡土墙等。11l类型：类型：u片石片石：是由爆破或楔劈法开采的不规则石块。：是由爆破或楔劈法开采的不规则石块。u块石块石：一般是按岩石层理放炮或楔劈而成的石材。：一般是按岩石层理放炮或楔劈而成的石材。u细料石细料石：是由岩层或大块石材开劈并经修凿而成。：是由岩层或大块石材开劈并经修凿而成。u半细料石：同细料石，但表面凹陷深度不大于半细料石：同细料石，但表面凹陷深度不大于15mm15mm。u粗料石粗料石：同细料石，但表面凹陷深度不大于：同细料石，但表面凹陷深度不大于20mm20mm。l强度等级：强度等级：MU30MU30、MU40MU40、MU50MU50、MU60MU60、MU80 MU80、MU100MU100、MU120MU12012 片石：是由爆破或楔劈法开采的不规则石块。片石：是由爆破或楔劈法开采的不规则石块。13 块石：一般是按岩石层理放炮或楔劈而成的石材。块石：一般是按岩石层理放炮或楔劈而成的石材。14 细料石：是由岩层或大块石材开劈并经修凿而成。细料石：是由岩层或大块石材开劈并经修凿而成。15 粗料石：同细料石，但表面凹陷深度不大于粗料石：同细料石，但表面凹陷深度不大于20mm20mm。162 2、混凝土、混凝土 强度等级：强度等级：C15C15、C20C20、C25C25、C30C30、C35C35和和C40C40。类型：类型：l混凝土预制块混凝土预制块 特点：特点：u节省石料的开采加工工作，加快施工进度；节省石料的开采加工工作，加快施工进度；u由于混凝土预制块形状和尺寸统一，故砌体表面整由于混凝土预制块形状和尺寸统一，故砌体表面整齐美观。齐美观。17 混凝土预制块混凝土预制块18l整体浇筑的混凝土整体浇筑的混凝土 特点：特点：u 收缩变形较大，易产生收缩裂缝或温度收缩裂缝；收缩变形较大，易产生收缩裂缝或温度收缩裂缝；u 浇注时耗费木材较多，工期长，质量较难控制。浇注时耗费木材较多，工期长，质量较难控制。l小石子混凝土小石子混凝土 特点：特点：节省水泥和砂，在一定条件下是水泥砂浆的代用品。节省水泥和砂，在一定条件下是水泥砂浆的代用品。193 3、砂浆、砂浆 定义：砂浆是由一定比例的胶结料、细骨料及水配制而成定义：砂浆是由一定比例的胶结料、细骨料及水配制而成的砌筑材料。的砌筑材料。作用：作用：l将块材粘结成整体；将块材粘结成整体；l铺砌时抹平块材不平的表面，使块材在受压时能比较铺砌时抹平块材不平的表面，使块材在受压时能比较均匀地受力。均匀地受力。l砂浆填满了块材间隙，提高密实度，保温性与抗冻性。砂浆填满了块材间隙，提高密实度，保温性与抗冻性。20类型：类型：l无塑性掺料的（纯）水泥砂浆无塑性掺料的（纯）水泥砂浆l有塑性掺料的混合砂浆有塑性掺料的混合砂浆l石灰（石膏、粘土）砂浆石灰（石膏、粘土）砂浆强度等级：强度等级：M5M5、M7.5M7.5、M10M10、M15M15和和M20M20等。等。基本要求：强度、可塑性和保水性。基本要求：强度、可塑性和保水性。21三、砌体种类三、砌体种类 1 1、种类种类l片石砌体片石砌体l块石砌体块石砌体l粗料石砌体粗料石砌体l半细料石砌体半细料石砌体l细料石砌体细料石砌体l混凝土预制块砌体混凝土预制块砌体 2 2、砌筑要求、砌筑要求l遵循施工技术规范中砌体的砌筑规则；遵循施工技术规范中砌体的砌筑规则；l砌体中各工作层的竖向灰缝上下错缝，内外搭砌。砌体中各工作层的竖向灰缝上下错缝，内外搭砌。22 片石砌体片石砌体23 块石砌体块石砌体24 料料石砌体石砌体25 混凝土预制块砌体混凝土预制块砌体26四、砌体的强度与变形四、砌体的强度与变形1 1、砌体的抗压强度砌体的抗压强度l受压破坏特征：受压破坏特征：从荷载作用开始受压到破坏大致分为下列三个阶段：从荷载作用开始受压到破坏大致分为下列三个阶段：u第第I阶段为整体工作阶段：从砌体开始加载到个别阶段为整体工作阶段：从砌体开始加载到个别单块块材内第一批裂缝出现的阶段。作用荷载大单块块材内第一批裂缝出现的阶段。作用荷载大致为砌体极限荷载的致为砌体极限荷载的50%50%70%70%。此时，如外荷载。此时，如外荷载作用不增加，裂缝也不再发展。作用不增加，裂缝也不再发展。27u第第II阶段为带裂缝工作阶段：砌体随荷载再继续增大，阶段为带裂缝工作阶段：砌体随荷载再继续增大，单块块材内裂缝不断发展，并逐渐连接起来形成连续单块块材内裂缝不断发展，并逐渐连接起来形成连续的裂缝。此时外荷载不增加，而已有裂缝会缓慢继续的裂缝。此时外荷载不增加，而已有裂缝会缓慢继续发展。发展。u第第III阶段为破坏阶段：当荷载再稍微增加，裂缝急剧发阶段为破坏阶段：当荷载再稍微增加，裂缝急剧发展，并连成几条贯通的裂缝，将砌体分成若干压柱，展，并连成几条贯通的裂缝，将砌体分成若干压柱，各压柱受力极不均匀，最后，柱被压碎或丧失稳定导各压柱受力极不均匀，最后，柱被压碎或丧失稳定导致砌体的破坏致砌体的破坏。28l受压时的应力状态受压时的应力状态 特征：是单块材料先开裂，在受压破坏时，砌体的特征：是单块材料先开裂，在受压破坏时，砌体的抗压强度低抗压强度低 于所使用的块材的抗压强度。于所使用的块材的抗压强度。原因：砌体即使承受轴向均匀压力，砌体中的块原因：砌体即使承受轴向均匀压力，砌体中的块材实际上不是材实际上不是 均匀受压，而是处于复杂应力状态。均匀受压，而是处于复杂应力状态。29l影响砌体抗压强度的主要因素影响砌体抗压强度的主要因素u 块材的强度：主要因素块材的强度：主要因素u 块材形状和尺寸：块材形状和尺寸：块材形状规则，砌体抗压强度高块材形状规则，砌体抗压强度高 砌体强度随块材厚度的增大而增加砌体强度随块材厚度的增大而增加u砂浆的物理力学性能：砂浆的强度等级、砂浆的可塑性和砂浆的物理力学性能：砂浆的强度等级、砂浆的可塑性和流动性、砂浆的弹性模量流动性、砂浆的弹性模量u砌缝厚度：水平砌缝越厚，砌体强度越低，（砌缝厚度：水平砌缝越厚，砌体强度越低，（10101212）mmmm为宜。为宜。u砌筑质量砌筑质量302 2、砌体的抗拉、抗弯、抗剪强度、砌体的抗拉、抗弯、抗剪强度l轴向受拉的破坏形式轴向受拉的破坏形式u沿砌体齿缝截面发生破坏，破坏面呈齿状沿砌体齿缝截面发生破坏，破坏面呈齿状u沿竖向砌缝和块材破坏沿竖向砌缝和块材破坏u沿通缝截面发生破坏沿通缝截面发生破坏l弯曲抗拉的破坏形式弯曲抗拉的破坏形式u通缝截面发生破坏通缝截面发生破坏u齿缝截面发生破坏齿缝截面发生破坏l抗剪抗剪u通缝截面受剪破坏通缝截面受剪破坏u沿砌体齿缝截面发生破坏，破坏面呈齿沿砌体齿缝截面发生破坏，破坏面呈齿状状314 4、砌体的其他性能砌体的其他性能l弹性模量弹性模量u弹性模量取值：受压应力上限为抗压强度平均值弹性模量取值：受压应力上限为抗压强度平均值的的40405050时，此时的割线模量简称为弹性模时，此时的割线模量简称为弹性模量。量。u设计中取值：简单方法，取应力为设计中取值：简单方法，取应力为0.430.43倍的砌体倍的砌体抗压强度的割线模量。抗压强度的割线模量。u按不同等级的砂浆，以砌体弹性模量与砌体抗压按不同等级的砂浆，以砌体弹性模量与砌体抗压强度成正比的关系确定。强度成正比的关系确定。32l线膨胀系数、收缩变形与摩擦系数线膨胀系数、收缩变形与摩擦系数u线膨胀系数取值见教材表线膨胀系数取值见教材表16-316-3。u收缩变形：一般通过砌体收缩试验确定干缩变形的收缩变形：一般通过砌体收缩试验确定干缩变形的大小，如对混凝土预制块砌体，其大小，如对混凝土预制块砌体，其2828天的干缩变形天的干缩变形约为约为0.2mm/m0.2mm/m。u摩擦系数：砌体摩擦系数的大小，取决于接触砌体摩擦系数：砌体摩擦系数的大小，取决于接触砌体摩擦面的材料种类和干湿情况等。砌体的摩擦系数摩擦面的材料种类和干湿情况等。砌体的摩擦系数可参照教材表可参照教材表16-416-4选用。选用。33