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混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度.pdf

上传人:be****ey 文档编号:41573 上传时间:2021-05-27 格式:PDF 页数:5 大小:307.15KB
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资源描述
第 3 4卷第 5期 2 0 1 2年 1 O月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l .Ar c h i t e c t u r a l& En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g Vo 1 . 3 4 No . 5 0c t .2O1 2 d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 6 7 4 — 4 7 6 4 . 2 0 1 2 . 0 5 . 0 0 1 混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度 吕伟 荣 , 施楚 贤。 , 刘锡 军 , 胡张 齐 ( 1 . 清华大学 土木工程 系, 北京 1 0 0 0 8 4; 2 . 湖南科技 大学 土木工程 学院, 湖 南 湘潭 4 1 1 2 0 1 ; 3 . 湖 南大学 土木工程 学院 , 长 沙 4 1 0 0 8 2 ) 摘 要 : 针 对现 行 《 建 筑 抗 震 设 计 规 范 》 ( GB 5 0 0 1 1 — 2 O 1 0 ) 和《 砌 体 结 构 设 计 规 范》 ( GB 5 0 0 0 3 — 2 0 0 1 ) 中关 于混 凝土 空心砌 块砌 体 抗震 抗剪 设计 强度 取值 上存 在 的 问题 , 在 砌 体 剪压 破 坏 区理论 的 基础上 , 结合 中国 已有 5 8片混凝土砌块砌体墙 的剪压试验结果, 提 出了具有下降段 的剪压复合作 用下混 凝 土空心 砌块 砌体 抗震 抗 剪 强度 平 均 值 曲 线公 式 , 并推 导 出具有 可 靠度保 证 的混 凝 土砌 块 砌 体抗 震抗 剪 强度设 计值 公 式 。与现 行 规 范相 比 , 提 出的抗 震 抗 剪 强度 设 计值 公 式 不 仅 解 决 了现 行规 范间的不统一, 而且较好的实现了剪压复合作用下混凝土空心砌块砌体剪摩、 剪压和斜压 3类 破坏 形 态的模 拟 , 避免 了现 行规 范 中混 凝 土砌块 砌体 抗震 抗 剪设 计 强度 取 值 的不 合理 和 不安 全 , 可 运 用 于高层 配筋砌 块砌 体 结构 设计 。 关键 词 : 剪压 复合 作 用 ; 混 凝 土 空心砌 块砌体 ; 抗 震抗 剪 强度 ; 下 降段 ; 破 坏 形 态 中图分 类号 : T U3 9 8 文献 标 志码 : A 文章 编 号 : 1 6 7 4 — 4 7 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 5 — 0 0 0 1 — 0 5 S e i s m i c S h e a r S t r e ng t h o f Co n c r e t e Ho l l o w Bl o c k M a s o nr y Ly U We i r o n g ~,SH I Oh u x i u n 。 ,L I U Xq u n ,HU Zh a n g q i ( 1 .De p a r t me n t o f Ci v i l En g i n e e r i n g ,Ts i n g h u a Un i v e r s i t y ,Be i j i n g 1 0 0 0 8 4,P. R. Ch i n a ; 2 . Col l e g e of Ci v i l Eng i n e e r i n g,Huna n Un i v e r s i t y o f Sc i e n c e a nd Te c hno l ogy;Xi a ng t a n 4 1 1 2 0 1 Hu na n,P. R.Ch i n a; 3 . Co l l e g e o f Ci v i l E n g i n e e r i n g,Hu n a n Un i v e r s i t y,Ch a n g S h a 4 1 0 0 8 2,P . R. Ch i n a ) Abs t r a c t : Ac c o r d i ng t o s o m e pr o bl e m s e x i s t e d i n c u r r e nt Chi n e s e c o de s f o r de s i gn o f s e i s mi c s he a r s t r e n gt h of c on c r e t e h ol l o w b l oc k m a s o nr y, t he c ur v e of s h e a r s t r e n gt h of c on c r e t e ho l l o w bl oc k ma s on r y u nd e r s he a r — c o m pr e s s i on l o a d i ng,i nc l ud i ng d e s c e n t s e gme nt ,wa s p r e s e nt e d by t h e or y o f f a i l ur e r e gi o n a nd t e s t r e s u l t s o f 5 8 c o nc r e t e bl o c k m a s o nr y wa i l s u nde r s he a r — c o mpr e s s i o n l oa di n g. And t he de s i g n s e i s mi c s he a r s t r e n gt h f o r m ul a o f c o nc r e t e ho l l ow bl o c k ma s o nr y, whi c h ha s r e l i a b i l i t y gu a r a n t e e, wa s d e du c e d. Co m p a r e d wi t h c u r r e nt Chi ne s e c od e s,t he de s i g n s e i s m i c s he a r s t r e n gt h f or mul a of c on c r e t e h ol l o w bl oc k m a s o nr y no t onl y c a n pe r f e c t l y s i m u l a t e t he s he a r — f r i c t i on, s he a r — c ompr e s s i on a n d d i a g on a l c o m pr e s s i o n f a i l u r e mo de s , bu t a l s o a v o i d u nr e a s o na b l e a nd un s a f e c a l c u l a t i o n o f s e i s mi c s he a r s t r e ng t h o f c on c r e t e ho l l ow bl o c k ma s on r y,wh i c h c a n b e a pp l i e d t o de s i g n of t a l l r e i nf o r c e d c o nc r e t e m a s o nr y s t r u c t ur e s . Ke y wo r d s: s h e a r — c o m p r e s s i o n l o a di n g; c on c r e t e ho l l ow b l o c k m a s o nr y; s e i s mi c s he a r s t r e n gt h; d e s c e nt s e gme n t ;f a i l u r e m o d e 随着 竖 向压应 力 的 增 加 , 混凝 土空 心 砌块 砌 体的剪切破坏依次表现为剪摩 、 剪压和斜压 3类破 坏 形态 , 如 图 1所示 , 而 与之 对 应 的分 别 是库 仑 、 主 拉应 力 和 主 压 应 力 理 论 引, 如 图 2所 示 。但 收 稿 日期 : 2 0 1 2 — 0 1 — 0 8 基金项 目: 湖 南省教育厅优秀青年项 目( 1 0 B 0 3 5 ) ; 国家标准砌体结构设计规 范管理组资助课题 作者简介 : 吕伟荣 ( 1 9 7 4 一 ) , 男 , 副教授 , 博 士后 , 主要从事砌 体组 合结构研究 , ( E — ma i l ) L wr x m@1 2 6 . c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 4 卷 是 , 中国现行 《 砌 体 结 构 设 计 规 范 》 _ 1 3 ] ( 简 称 砌 体 规 范 ) 和《 建筑 抗震设 计 规范 》 l 】 ] ( 简 称 抗震 规 范 ) 对 混 凝土空心砌块砌体的静力和抗震抗剪强度采用了各 自不同形式的库仑理论公 式, 两者不仅在计算方法 上不统一, 而且在可靠度的取值上也与相对成熟 的烧 结普通砖砌体相差较大。具体表现在以下几个方面: 0 G / MP a 注 : _ o 一 非灌芯砌体一 灌芯砌体 图 1 混凝土砌块砌体剪压相关试验 曲线 斜雎破坏 剪压破坏 剪摩破坏 主压应力理论 主拉应 力理论 库伦理论 图 2 砌体 的剪压相关理论 1 ) 正 如 图 1 、 2所示 , 单 一 的库伦 理 论 公 式仅 适 用 于其 对应 的剪 摩破 坏 , 而 对于 另两 类破 坏 形态 , 特 别是具有明显下降段的斜压破坏, 则拟合较差 , 甚 至 偏于 不安 全u j 。 2 ) 如 图 3 所 示 , 尽 管 现行抗 震 规范 较 2 0 0 1版规 范在混凝土空心砌块砌体的抗震抗剪强度计算上进 行 了调 整 , 但 当 / f 大于 1 6时 , 按水平 段取 值仍 不 具备 下 降段 , 与实 际明显 不符 , 不能 满 足 日益增 长 的 高层配筋砌体结构设计 】 的要求。 3 )以 MU1 0 、 M7 . 5 的 烧 结 普 通 砖 砌 体 和 MU1 0 、 Mb 7 . 5的混凝土砌块砌体为例( 取永久荷载 分 项 系数 y G一1 . 2 ) , 如 图 3所 示 , 对 于 国 内试 验 数 据相 对 较多 , 运用 也较 为成熟 的烧 结 普通 砖砌 体 , 其 静力抗剪强度 曲线① 普遍高于抗震抗剪强度 曲线 ③; 而对实验数据相对较少的混凝土空心砌块砌体 , 其静力抗剪强度 曲线②普遍低于抗震抗剪强度曲线 ④。两本规范对于这两类砌体结构在抗剪强度计算 上表现出来 的不同规律 , 值得商榷。 综上所述 , 现行抗震规 范采用库伦理论公式计 算混凝土空心砌块砌体 的抗 震抗剪强度不仅 不全 面 , 而且其可靠度也值得质疑 。针对以上问题 , 李晓 图 3 现行砌体规范和抗震规范 中砌体的抗剪强度 比较 文 ” ] 、 骆万康 ] 、 蔡 勇 。 、 梁建 等 中 国学者 均 对此进行了系统地研究 , 并提出了各 自的计算公式, 但 均无法 实现对 剪摩 、 剪压 和斜压 三类破 坏形 态 的全 面模拟 。 为此 , 本文作者于 2 0 0 8年提出了砌体剪压破坏 区理 。该理论认 为, 既然在 多数 的砌体剪压试验中 剪摩与剪压破坏或剪压 与斜压破坏共 同出现, 不妨 将砌体的三类剪压复合 破坏分 为剪摩一 剪压破坏区 和 剪压一 斜 压 破 坏 区 , 通 过 引 入 权 函数 , 推 导 出相 应 的砌体静 力 与动力抗 剪 强度 简化公 式口 : 0≤ z≤ 1 . 0 ; f v 一 f ~ / ) , +A7 x— B T x“ ( 1 ) 其 中 A、 B及 a需 根据试 验结 果 确定 。在文 [ 1 1 ] 中, 尽管也曾提出了混凝土空心砌块 砌体 的抗震抗 剪强度公式 , 但该公式中 A、 B及 “等参数的确定仅 仅是在其静力抗剪强度公式的基础上 , 简单 的对其 曲线峰值折减 1 5 得到 , 缺乏试验支持 。 因此 , 本文 将基 于砌体 剪压 破坏 区理论 , 引入 近 年来 收集 到 的 中国 5 8片混 凝 土 砌 块 砌 体 墙 的 剪压 试验 结果 _ 1 , 在 保 证 可靠 度 的 基 础 上 , 运 用 曲线 拟 合方法 , 确定式 ( 1 ) 的 3个参数 , 提 出了剪压复合作 用下 混凝 土砌 块砌体 抗震 抗剪 强度 设计 值 全 曲线 公 式 , 解决了现行砌体和抗震规范 中存在不合理和不 安 全 的问题 。 1 剪压复合作用下混凝 土空心砌块砌 体 的抗 剪强度全 曲线 砌体剪压破坏 区理论简化公式( 1 ) 具有下降段 , 能较全面的模拟砌体剪压破坏全 曲线。为此 , 本文 根据图 1曲线中相关数学特征 , 可对公式( 1 ) 中的参 数 A、 B及 a确定 如下 : 1) 3 7一 b, Y — Y : Y ⋯ 一 √) , +A7 b— B y b “ ( 2 ) 2 ) x : b , Y 一 0: A — a b B ( 3) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 期 吕伟 荣 , 等 : 混凝 土 空心砌 块砌 体 抗震 抗剪 强度 3 ) z — l, Y 0 : ) , + A — B 一 0 ( 4 ) 根据中国现有的 5 8片不 同高宽 比、 不同试件尺 寸、 不 同加载方式 的混凝土空心砌块砌体结构试验 结 果 口 , 如 图 4 所 示 , 同时 参 考 相关 文 献 研 究 成 果 , 对剪压复合作用下混凝土空心砌块砌体抗剪强度 曲 线 的关键参数取值如下 : 1 ) 曲线峰值点坐标 ( 6 , Y ⋯ )的取值 如 图 5 所 示 , 对 于 坐 标 系 统 为 — O y / f m 、 Y一 .厂 / 的混凝 土空心砌块砌体 的剪压 相关 曲线而 言 , 相关文献中横坐标 b的取值各不相 同: 重庆建筑 大学 骆万康 教 授 ( 1 9 9 9年 ) 对 于普 通 粘 土 砖 动 力 剪 切试验回归 曲线 峰值 点取为 0 . 5 0 2 ; 湖南 大学刘桂 秋 教 授 ( 2 0 0 0年 ) 对 于砌 体 结 构 统 一 取 为 0 . 6 7 _ 】 。 _ ; 而对 于 混 凝 土 而 言 , 其 剪 压 相 关 曲 线 峰 值 坐 标 为 0 . 6 0 。综合以上取值 , 并 考虑到动力试验 的取值相 对 偏 低 , 本 文 建议取 为 0 . 5 5 。 而对于曲线峰值纵坐标 ⋯ , 则根据文[ 1 9 ] 试 验 回归结 果确 定为 0 . 2 O 。 2 ) 参 数 ) , 一 f 。 , / f 的取 值 在每次混凝土砌块砌体抗剪试验 中, y 值均不相 同 , 存在较 大的变异性 , 本 文从试 验结果推 导如下 : a ) 由文[ 1 9 ] 的试验数据分布情 况( 详见图 4 ) 可 知, 峰值 数 据点 的最 大 横坐 标 可近 似取 为 8 , 即 : O y, m/ f o . m一 8 ; b ) 对 于 坐标 系统 为 z—G y / f m 、 Y — f / f m的混 凝土空心砌块砌体 的剪压相关 曲线而言 , 其峰值横 坐标 b一 0 . 5 5 , 应与图 4峰值点相对应 , 经坐标换算 后 可 推导 出 : y 一_厂 / _ 厂 m —b / 8 —0 . 0 7 。 将曲线峰值点坐标( 0 . 5 5 , 0 . 2 0 ) 及 ) , 一 0 . 0 7代 入 ( 2 )~ ( 4 ) 式 , 可 求解 得 : 口 一2 . 8 1 , A一 1 . 4 O , B一 1 . 4 7 , 代 入 式 ( 1 )即可 得 到 剪 压 复 合 作 用 下 混 凝 土 空心 砌块 砌体 的抗 震抗 剪强 度平 均值 公式 : 厂 E . 一 ~ / _J . m +1 . 4 0 f v O , m O " 一1 . 4 7 , , ( 口 , / ) ( 5) 为方便 与 文 [ 1 9 ]进 行 对 比 , 将 ) , 一 f v 。 . m / f 一 0 . 0 7代 人式 ( 5 ) , 即 : 一 √ l + 1 . 4 0 一 0 - 0 1 2 ( 。 ( 6 ) 如图4 所示 , 文 [ 1 9 ] 的试验值与式 ( 6 ) 计算值 比 值的平均值为 1 . 2 7 , 变异系数为 0 . 2 4 5 , 两者吻合较 好 , 且式 ( 6 )的计算 值偏 于 安全 。 同时 , 与 文 [ 1 9 ]的 公 式 相 比, 式 ( 6 )的改 进 在 于 : 1 ) 具有下降段 , 能全面 的反映剪压复合作用 下 混凝土空心砌块砌体的剪摩 、 剪压及斜压 3个破坏 阶段 ; 2 )解决 了文 [ 1 9 ]的计算取值偏 于保守 的取 值 , 即当 / , >5 , 文E 1 9 ]取值为水平直线。 同 时 , 当 / f ∞ , > 1 3 . 1 , 文[ 1 9 ] 的计算取值 由于缺 乏下 降段 而导 致 不 安 全 , 无 法 适 用 于 高 层 配 筋 砌 块 砌体 结构 。 图 4剪压复合作用下 混凝 土空心砌 块砌 体抗剪强度 2混凝 土空心砌块砌体 抗震抗 剪强度 设计值公式 2 . 1 y的取 值 与试验平均值公式取值 不同 , 现行砌体规范 中 已明确 给 出了 厂 。和 厂的取值 , 根 据 砌体 规 范表 3 . 2 . 2所 列 的 混 凝 土 砌块 砌 体 类 型 , 可 计 算 出 y的 范围在 ( 0 . 0 1 5 ~0 . 0 5 0 ) 之 间, 平均 值为 0 . 0 2 6 , 如 表 1 所 示 , 故 近 似取 ) , = 0 . 0 3 。 表 1 规范 中不 同组 合下混凝 土空心砌 块砌体 y的计算值 2 . 2抗 震抗 剪强 度设 计公 式 的确定 根据可靠度理论 , 砌体 的强度设计设计值 - 厂与 强度平均值 , 的关系为 : f 一 ( 1— 1 . 6 4 5 G f ) fm / ) , f ( 7 ) 式中, y f 为砌体结构的材料性能分项系数 , 一般情况 下 , 宜按施工 控制等级 为 B级考 虑 , 取 1 . 6 口 ; 为砌 体强度的变异系数 , 计算抗剪强度时一般取 0 . 2 [ 】 ] 。 将 y f 一 1 . 6 , 一 0 . 2代 入 式 ( 7 ) , 可 得 : f 一 0 . 4 2 f o , 。 考虑到设计公式也应满足剪压复合 条件下 混 凝土空心砌块砌 体结构 的破坏特点, 即满足式( 2 ) ~ ( 4 ) , 故处理如下 : 1 ) 曲线起点下调, 即 . 厂 v 。 根据砌体规范表 3 . 2 . 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 4 卷 所规定近似取值 , 即 f v o一 0 . 0 3 f。 2 ) 曲线 峰值点根 据式 ( 5 ) 的计算结 果取 f一 0 . 4 2 , 即 ⋯ 一 0 . 2 00 . 4 2 , 6 值仍为 0 . 5 5 。 3 ) 同求解( 2 ) ~( 4 ) 的过程, 解方程确定相关参数。 由上 述条 件求 解得 : 口一 2 . 9 2 ; A 一 0 . 3 8 , B 一 0 . 4 1 , 代入 式 ( 1 ) 即 可得 到剪 压 复 合 作 用 下 混 凝 土 砌 块砌体 的抗 震抗 剪强 度设计 公式 : f E一 ~ / +0 . 3 8 f 一0 . 4 1 f o ( / f ) 。 ( 8 ) 如图 5所示 , 本文提出的混凝土空心砌块砌体 抗震抗剪强度设计公式( 8 ) 与试验平均值公式( 5 ) 相 比, 不仅具有可靠度保障 , 而且具有与试验曲线及理 论 分 析 相 同 的特 征 。 为 方 便 工 程 应 用 , 本 文 对 表 1 O 5 0 4 。 。 O- 2 0 1 0 6 O- 4 。_ 2 。 O 8 06 。 0 . 2 O 中的各种混凝土砌块砌体组合按式( 8 ) 的计算结果 与现行 规 范 中所采 取 的公 式 计 算 结果 进 行 了对 比, 部分 结果 如下 图 6 所 示 。 a ( 或o ) 注: ⋯- 设计值公式 【8 】一 试验平均值公式 【5 ] 图 5混凝土空心砌块砌体抗剪强度公式 比较 a / f 陶例: - — 一 抗震规范公式( 砖砌体) : ⋯抗震规范公式( 砌块砌体) : ⋯ ⋯ 砌体规范公式( 砌块砌体‘ .= l 2 O ) ; 一.砌体规范公式( 砌块砌体 , = 1 .3 5 ) ; 一本文公式f 8 ) 图 6现行砌 体规范中各种类型的混凝土砌块砌体 抗剪强度曲线对比 图 6的计算结果表明: 1 ) 本文提 出的混凝土空 心砌块砌体抗震抗剪强度公式( 8 ) 普遍低于现行规 范规定的混凝土砌块砌体静力抗剪强度计算值 , 不 仅提高了其抗震可靠度 , 而且较好的统一、 协调 了烧 结普通砖砌体和混凝土砌块砌体 的抗震与静力抗剪 强度 设计值 之 间 的变 化关 系 。2 ) 不 同类 型 的混 凝 土 砌块砌体按式( 8 ) 计算 的抗震抗剪强度均在 一 f 时趋 于 0 , 较好地实现 了对砌体剪压相关 曲线 中 3 个 破坏 形态 的模 拟 , 避 免 了现 行 规 范 中抗 剪 强 度 单 调 递增 的不合 理 和不安 全 。 3 结 论 1 ) 在砌 体 剪压 复 合 破 坏 区理论 基 础 上 , 根 据 中 国已有 的 5 8片灌芯 砌块 砌体墙 片 试验 结 果 , 推导 出 混凝土砌块砌体的剪压相关性试验值曲线公式 ( 5 ) 。 与传统砌块砌体剪压相关 曲线相 比, 该 曲线不仅光 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 吕伟 荣 , 等 : 混凝 土空 心砌 块砌 体抗 震抗 剪 强度 滑连 续 , 而且 具有 下 降段 。 2 ) 通 过 对式 ( 5 ) 曲线顶 点 按 f一 0 . 4 2 f 进 行折 减 以及起 点 、 终点 的相关 处 理后 , 本 文 推导 出具有 一 定可靠度保证的混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度 设 计 值公 式 ( 8 ) 。如 图 5所示 , 经 式 ( 8 ) 的计 算 得 到 的凝 土空 心砌块 砌 体抗 震抗 剪强 度设 计 值 不仅 低 于 现行抗 震 规定 的抗震 抗 剪 强度 , 而 且 也 普 遍 低 于 现 行规范砌体规定 的静力抗剪强度 , 这表 明式( 8 ) 不仅 满足设计可靠度要求 , 而且较好的统一、 协调了烧结 普通砖砌体和混凝土砌块砌体的抗震与静力抗剪强 度设计值之间的变化关系。 3 ) 如 图 6所 示 , 本 文提 出 的混 凝 土 空 心砌 块 砌 体抗震抗剪强度设计公式 ( 8 ) 不仅具有下降段 , 且对 于不同类型 的砌块砌体组 合基本上 均在主压应 力 o - 一f时趋于 0 , 较好地实现 了对砌体剪压相关 曲线 中各种破坏形态的模拟 , 能直接运 用于高层砌体 结 构设 计 , 避 免 了现 行 规 范 中抗 剪 强 度 单 调 递 增 的 不 合 理和 不安 全 。 参 考文 献 : [1 ]施楚贤.砌体结构理论 与设 计 : 2版[ M] .北京 :中国建 筑工业 出版社 ,2 0 0 3 . [2 ]Ah ma d A,Ha mi d a n d Ro b e r t G,D r y s d a l e .C o n c r e t e m a s on r y u nd e r c o mbi ne d s he a r a n d c o mpr e s s i on a l o ng t h e mo r t a r j o i n t E J ] .AC I J o u r n a l ,1 9 8 0 ,7 7 ( 5 ) :3 1 4 — 32 O. [ 3]Ri d d i n g t o n J R,G h a z a l i M Z . Hy p o t h e s i s f o r s h e a r f a i l u r e i n ma s o n r y j o i n t s[ C ] .P r o c .I n s t n C i v .E n g r s , pa r t 2,1 99 0( 3):89 — 1 0 2. [ 4] Gr a u b n e r C A,K r a n z l e r T .S h e a r d e s i g n o f u n r e i n f o r c e d ma s o n r y p a n e l s [ c] . I n : 1 0 t h C a n a d i a n Ma s o n r y Sy m p o s i u m.Ba n f f ,Al b e r t a,2 00 5,on CD— R0M. [5] S h i e h - B e y g i B ,P i e t r u s z c z a k S .Nu me r i c a l An a l y s i s o f S t r u c t u r a l Ma s o n r y :Me s o s c a l e A p p r o a c h『 J ] .C o mp u t e r s a n d St r u c t u r e s,2 0 08,86:19 5 8 — 1 9 7 3. 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