砌體結(jié)構(gòu)砌體的物理力學(xué)性能.pptVIP

2019年7月2日星期二2時14分24秒,1,第一章 緒論,2.1,2.2,塊體和砂漿的強(qiáng)度等級,砌體的受壓性能,1.4,第二章 砌體的物理力學(xué)性能,2.3,砌體的受拉、受彎和受剪性能,2.4,砌體的強(qiáng)度設(shè)計值,2.4,砌體的其它性能,學(xué)習(xí)重點(diǎn)： 砌體材料的種類及砌體受壓、受拉、受彎、受剪的力學(xué)性能，影響砌體抗壓強(qiáng)度的主要因素，根據(jù)各種的受力條件下砌體強(qiáng)度計算公式。 學(xué)習(xí)目標(biāo)： 通過學(xué)習(xí)要求熟悉砌體材料及砌體種類，掌握砌體受力的力學(xué)性能及影響砌體抗壓強(qiáng)度的因素，可以加深對砌體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，正確的進(jìn)行設(shè)計計算。,2019年7月2日星期二2時14分24秒,2.1.1 塊體的強(qiáng)度等級,2.1 塊體和砂漿的強(qiáng)度等級,網(wǎng)狀砌體結(jié)構(gòu)是由塊材和砂漿經(jīng)組砌而成的整體材料。砌體中常用的磚、砌塊和石材三類。 塊體的強(qiáng)度等級是根據(jù)其抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的大小而劃分的，塊材強(qiáng)度等級以符號MU（Masonry Unit）表示，塊體的強(qiáng)度等級有符號“MU”加相應(yīng)的數(shù)字表示，其數(shù)字表示抗壓強(qiáng)度整數(shù)值，單位為MPa。 （1）燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚的強(qiáng)度等級 共分為5級，依次是MU30、MU25、MU20、MU15、MU10. 燒結(jié)普通磚是以黏土、頁巖、煤矸石或粉煤灰為主要原料，經(jīng)焙燒而成的實(shí)心或空洞率不大于規(guī)定值且外形尺寸符合規(guī)定的磚。其標(biāo)準(zhǔn)尺寸是240mm115mm53mm，通稱為“標(biāo)準(zhǔn)磚”。燒結(jié)多孔磚的空洞率不小于25,孔的尺寸小而數(shù)量多，主要用于承重部位，簡稱多孔磚。,（2）蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚的強(qiáng)度等級 共分為4級，依次是MU25、MU20、MU15、MU10 蒸壓灰砂磚是以石灰和砂為主要材料，經(jīng)配料制備、壓制成型，蒸壓養(yǎng)護(hù)而成的實(shí)心磚，簡稱灰砂磚。 蒸壓粉煤灰磚的制作工藝同灰砂磚，主要原料為粉煤灰、石灰，并摻加適量石膏和集料。 （3）砌塊的強(qiáng)調(diào)等級 共分為5級，依次是MU30、MU25、MU20、MU15、MU10. 混凝土小型空心砌塊主要由普通混凝土，輕骨料混凝土制成，主規(guī)格390mm190mm190mm，空心率為2550。 砌塊表觀密度較小，可減輕結(jié)構(gòu)自重，保溫隔熱性能好，施工速度快，能充分利用工業(yè)廢料、價格便宜。在很多地方已廣泛用于房屋的墻體和用于高層建筑結(jié)構(gòu)的承重墻體。,（4）石材的強(qiáng)度等級 共分為7級，依次是MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20。 在承重結(jié)構(gòu)中，常用的石材有花崗巖、石灰?guī)r和凝灰?guī)r等， 天然建筑石材具有強(qiáng)度高、耐久性好、抗凍與抗氣性能好等優(yōu)點(diǎn)， 并多用于房屋的基礎(chǔ)及勒腳部位。有時也用于房屋的墻體，因其保溫性能差，需要較大的墻厚而顯得不經(jīng)濟(jì)。 石材根據(jù)其外形和加工程度可將天然石材分為料石和毛石兩種。料石按加工平整程度不同分為細(xì)料石、半細(xì)料石、粗料石和毛料石。 確定石材的強(qiáng)度等級時，若采用其它尺寸的立方體作試塊，應(yīng)對其試驗(yàn)結(jié)果乘以相應(yīng)的換算系數(shù)（表2.1）,表2.1 石材強(qiáng)度等級的換算系數(shù),表2.1 石材強(qiáng)度等級的換算系數(shù),2.1.2 砂漿的強(qiáng)度等級 砂漿是由膠結(jié)材料（水泥、石灰）和砂加水?dāng)嚢瓒傻幕旌喜牧?。砂漿的作用是把塊材粘結(jié)成整體，并在塊材之間起分散壓力的作用。 砂漿應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和耐久性，并具有一定的保水性和和易性。 砂漿的強(qiáng)度等級共分為5級，依次是MU15、MU10、MU7.5、MU5、MU2.5，M后面的數(shù)字表示抗壓強(qiáng)度值。單位為MPa。,2.1.3 塊體和砂漿強(qiáng)度等級的選用 在選用砌體結(jié)構(gòu)的塊體材料時，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以符合砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件對承載能力的要求。塊體也應(yīng)有良好的耐久性（是指建筑結(jié)構(gòu)在正常的維護(hù)下，材料性能隨時間變化，還能滿足預(yù)定的功能要求的性能）、并有較好的保溫隔熱性能。 砌筑用的砂漿不僅擁有足夠的強(qiáng)度，而且還應(yīng)該具有良好的和易性（可塑性）和有一定的保水性。砂漿中摻入適量的摻合物，如在砂漿中摻入石灰膏、粉煤灰等有機(jī)塑化劑，可提高砂漿的和易性和保水性，又能提高砌筑質(zhì)量。 在選用塊體材料和砂漿時應(yīng)因地制宜、就地取材、按建筑物對耐久性的要求、房屋的使用年限、氣體的砌體的受力特點(diǎn)、工作環(huán)境和施工條件等各方面因素綜合考慮。 對地面以下或防潮層以下的砌體所用材料，應(yīng)符合最低強(qiáng)度等級要求。規(guī)范對地表以下或防潮層以下砌體、潮濕房間墻所用材料的最低強(qiáng)度等級規(guī)定見表2-2。,表2.2 潮濕環(huán)境下的材料最低強(qiáng)度等級,2.2 砌體的受壓性能,Mpa,在實(shí)際工程中，大部分砌體都屬于受壓構(gòu)件，要對砌體受壓性能應(yīng)有個全面的了解。不同種類的砌體，受壓性能不相同，但受力機(jī)理有很多的相同只處，下面以普通磚砌體受壓，來了解砌體的受壓性能。,2.2.1 砌體受壓的受力階段 砌體的受壓性能試驗(yàn)主要是以實(shí)心磚砌體軸心受壓為例，從磚柱受壓試驗(yàn)可知，軸心受壓磚砌體從加荷載至破壞可分為三個階段。 （1）第一階段 由加荷載開始至個別磚出現(xiàn)裂縫為第一階段。此時壓力為破壞荷載5070，其特征裂縫是出現(xiàn)在單塊磚內(nèi)，如不繼續(xù)加載，裂縫不會繼續(xù)擴(kuò)展或增加。（圖a） （2）第二階段 隨著荷載的繼續(xù)增加，單塊磚內(nèi)的裂縫上下延伸和不斷擴(kuò)展，垂直通過若干皮磚，形成一段段連續(xù)裂縫。當(dāng)荷載達(dá)到破壞荷載的8090時，即使荷載不增加，裂縫還是繼續(xù)發(fā)展。（圖b） (3)第三階段 當(dāng)荷載進(jìn)一步增加，砌體內(nèi)裂縫迅速擴(kuò)展，加長加寬，形成幾條貫穿的裂縫，最終將砌體分成幾個小立柱。整個砌體明顯向外鼓出，最后某些小立柱失穩(wěn)或壓碎，整個砌體即被破壞（圖c）,圖 2.1 軸心受壓磚砌體的受壓階段,2.2.2 砌體受壓時的應(yīng)力狀態(tài)分析 試驗(yàn)結(jié)果表明，磚砌體在受壓時不但單塊磚開裂過早，且砌體的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)低于磚的抗壓強(qiáng)度。這一現(xiàn)象是砌體體內(nèi)單塊磚所受的復(fù)雜應(yīng)力作用加以說明。 （1）在砌體受壓時單塊磚并非均勻受壓 由于單塊磚的外形不規(guī)則平整，所鋪砂漿的厚度和成分也不可能非常均勻，水平灰縫飽滿度不足，所以在單塊磚的砌體內(nèi)不能均勻受壓，而是處于壓、拉、彎、剪、扭和局部受壓等復(fù)力應(yīng)力狀態(tài)。由于磚的抗拉強(qiáng)度較低，當(dāng)彎、剪引起的主拉應(yīng)力超過磚的抗拉強(qiáng)度后，磚就會因拉而開裂，最終使磚砌體的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于磚的強(qiáng)度（圖2.2）。 （2）砌體中單塊磚和和砂漿的交互作用 砌體中單塊磚與和砂漿的交互作用使磚承受壓力。由于磚與砂漿的彈性模量及橫向變形系數(shù)不同，磚的橫向變形小于砂漿的橫向變形。由于磚與砂漿之間的粘結(jié)力和摩擦力的存在，磚對砂漿的橫向變形起阻礙的作用，砂漿對磚則形成了水平附加拉力，這種拉力也是使磚開裂早的原因。若砂漿強(qiáng)度等級越高時，磚與砂漿的橫向變形差異愈小，砂漿對磚所形成的水平附加拉力也愈小，這種原因可避免。,圖2.2 塊體的受力狀態(tài),（3）豎向灰縫應(yīng)力集中 在砌筑時，砌體的豎向灰縫未能很好的填滿，同時豎向灰縫內(nèi)的砂漿和磚的粘結(jié)力難以保證砌體的整體性。因此，在豎向灰縫上的磚內(nèi)將產(chǎn)生拉應(yīng)力和剪應(yīng)力集中，從而也加快了磚的開裂，引起砌體強(qiáng)度降低。,2.2.3 影響砌體抗壓強(qiáng)度的主要因素 從砌體受壓時的應(yīng)力狀態(tài)分析可知，影響砌體的主要因素有：塊體和砂漿的強(qiáng)度，變形模量，塊體外形尺寸，灰縫厚度等，砌筑質(zhì)量也是關(guān)鍵因素之一。 （1）塊體和砂漿強(qiáng)度 塊體和砂漿的強(qiáng)度指標(biāo)是確定砌體強(qiáng)度最主要的因素。塊體和砂漿的強(qiáng)度高，砌體的抗壓強(qiáng)度也高。試驗(yàn)表明，提高砌體強(qiáng)度等級比提高砂漿強(qiáng)度等級對增大砌體抗壓強(qiáng)度的效果好，當(dāng)塊體強(qiáng)度等級提高一倍，砌體的抗壓強(qiáng)度可提高0.5倍左右。 塊體的截面高度對砌體的抗壓強(qiáng)度也有較大的影響，塊體的截面高度越大，其截面的抗彎、抗剪、抗拉的能力越強(qiáng)，砌體的抗壓強(qiáng)度越大。 （2）塊體尺寸和幾何形狀 塊體的尺寸、外觀形狀及表面平整程度對砌體的抗壓強(qiáng)度也有較大的影響。從前面砌體的受壓狀態(tài)的分析可知，砌體厚度大、外形規(guī)則平整，其所在砌體中收的拉、彎、剪應(yīng)力較小，有利于推遲塊體裂縫的出現(xiàn)，從而延緩了砌體的破壞，提高了抗壓強(qiáng)度。,（3）砂漿的性能 砂漿具有明顯的彈塑性性質(zhì)， 砌筑時砂漿的和易性良好、流動性大時，會形成厚度均勻和密實(shí)的灰縫，可改善塊體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)，使砌體強(qiáng)度提高。但砂漿的可塑性過大，彈性模量過低時，會增加砌體受壓時砂漿的橫向變形，使砌體所受橫向拉應(yīng)力增大，降低砌體的強(qiáng)度。 所以砌筑時用的是砂漿的強(qiáng)度高、可塑性適當(dāng)、彈性模量大，砌體的抗壓強(qiáng)度較高。 （4）砌筑質(zhì)量 砌體砌筑時水平灰縫的飽滿度、水平灰縫的厚度及磚的含水率等關(guān)系影響著砌體的質(zhì)量。試驗(yàn)表明，當(dāng)砂漿的飽滿度為73時，砌體的強(qiáng)度可達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度。因此，砌體施工驗(yàn)收規(guī)范中，要求水平灰縫的飽滿度不小于80，水平灰縫的飽滿度越高，砌體的俄抗壓強(qiáng)度越高。水平灰縫愈厚，砂漿橫向變形愈大，砌體內(nèi)復(fù)雜應(yīng)力隨之加劇，砌體的抗壓強(qiáng)度亦降低。通常砂漿的水平灰縫厚度為8mm12mm。干磚會過多吸收灰縫中砂漿的水分，使砂漿失去水分達(dá)不到結(jié)硬后應(yīng)有的強(qiáng)度，砌筑時一般控制磚的含水率為1015。 此外，塊體的外形規(guī)整程度，試件的齡期，豎向灰縫的飽滿度，砂漿和塊體的粘結(jié)力以及搭接方式等都會對砌體的抗壓強(qiáng)度有影響。,2.3 砌體的受拉、受彎和受剪性能 在實(shí)際工程中，砌體除了受壓力作用外，還承受軸心受拉、彎矩、剪力作用。如圓形水池池壁或谷倉在液體的側(cè)向壓力作用下江產(chǎn)生軸向拉力；擋土墻在土壓力作用下，將產(chǎn)生彎矩、剪力作用；磚砌過梁在自重和荷載作用下受到彎矩，剪力作用等。,2.3.1 砌體軸心受拉 砌體在軸心拉力作用下，可能出現(xiàn)三種不同形態(tài)的破壞特征：沿齒縫截面破壞；沿塊體和豎向灰縫破壞；沿水平灰縫截面破壞。一般情況下，砂漿的強(qiáng)度較低，砂漿與塊體的粘結(jié)強(qiáng)度低于塊體的抗拉強(qiáng)度，將發(fā)生沿齒縫的破壞；當(dāng)沿著塊體和豎向灰縫截面破壞是，砌體的抗拉承載能力取決于塊體本身的抗拉強(qiáng)度，當(dāng)塊體抗拉強(qiáng)度低于水平灰縫中砂漿與塊體之間的切向粘結(jié)力時，才會發(fā)生這種破壞；當(dāng)軸向拉力與砌體的水平灰縫垂直時，砌體發(fā)生沿水平灰縫截面破壞，這種對抗拉力承載力其決定作用的因素是法向粘結(jié)力，由于法向粘結(jié)力強(qiáng)度小且不易保證，設(shè)計中不允許采用。（圖2.3）,圖 2.3 砌體軸心受拉的破壞形態(tài),（2）砌體的軸心抗拉強(qiáng)度 砌體沿著齒縫截面破壞的軸心抗拉強(qiáng)度平均值 為 式中 與塊材種類有關(guān)的系數(shù)； 燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚， =0.141； 蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚， =0.09； 混凝土砌塊， =0.069；毛石， =0.075。 砂漿的抗壓強(qiáng)度平均值。,2.3.2 砌體受彎 當(dāng)砌體受彎時，破壞將發(fā)生在彎曲受拉的一側(cè)，因?yàn)槠鲶w的彎曲抗拉強(qiáng)度低于彎曲抗壓強(qiáng)度。砌體受彎破壞會發(fā)生兩種可能的破壞形態(tài)，即沿著齒縫破壞和沿塊體截面破壞（圖2.4）；在大偏心受壓時，砌體可能在最大彎矩截面處發(fā)生沿著通縫的彎曲受拉破壞，這種破壞的砌體抗拉強(qiáng)度與砂漿的強(qiáng)度等級有關(guān)。,圖2.4 砌體的受彎破壞,2.3.3 砌體的受剪 在實(shí)際工程中，砌體的受剪是另一較為重要的性能，砌體的受剪破壞主要有沿齒縫破壞、沿水平縫破壞及沿階梯截面破壞圖(2.5）。,圖2.5 砌體的受剪破壞,2.4 砌體的強(qiáng)度設(shè)計值,2.4.1 強(qiáng)度設(shè)計值的確定 砌體的抗壓強(qiáng)度是按照一定的尺寸、形狀和加載方法等條件，通過試驗(yàn)確定的。根據(jù)各類砌體軸心受壓試驗(yàn)結(jié)果，規(guī)范給出適用于各類砌體軸心抗壓強(qiáng)度平均值的計算表達(dá)式： 式中 砌體抗壓強(qiáng)度平均值（MPa）； 塊體的抗壓強(qiáng)度等級值或平均值（MPa）； 砂漿抗壓強(qiáng)度平均值（MPa）； 與砌體類別和砌筑方法有關(guān)的系數(shù)，見表2.2.1 a與塊體高度有關(guān)的系數(shù)，見表2.2.1 砂漿強(qiáng)度對砌體強(qiáng)度的修正系數(shù)，見表2.2.1,表2.2.1 各類砌體軸心抗壓強(qiáng)度平均值,2.4.2 砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值 齡期為28天的以毛截面計算的各類砌體抗壓強(qiáng)度設(shè)計值，當(dāng)施工質(zhì)量控制等級為B級時，應(yīng)根據(jù)塊體和砂漿的強(qiáng)度設(shè)計等級按以下規(guī)定采用。對施工階段砂漿尚未硬化的新砌體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可查表中“砂漿強(qiáng)度為零”的數(shù)值進(jìn)行驗(yàn)算。 對于冬季施工采用摻鹽砂漿法施工的砌體（配筋砌體不得用摻鹽砂漿施工），砂漿強(qiáng)度等級按常溫施工的強(qiáng)度等級提高一級時，砌體強(qiáng)度和穩(wěn)定性不可驗(yàn)算。 （1）燒結(jié)普通磚和燒結(jié)多孔磚砌體 燒結(jié)普通磚和燒結(jié)多孔磚砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值，按表2.3采用,2.5 砌體的其它性能,2.5.1 砌體的變形模量 （1）彈性模量 砌體的彈性模量、線膨脹系數(shù)、收縮系數(shù)和磨擦系數(shù)可分別按表2.10表2.12采用。砌體的剪變模量可按砌體彈性模量的0.4倍采用。 1 砌體的彈性模量，可按表2.10采用。,2.5.2 砌體的受熱性能 工程中最常見的受冷熱循環(huán)的砌體結(jié)構(gòu)是磚煙囪。磚在受熱時強(qiáng)度提高，而砂漿在受熱時若溫度不超過400時，強(qiáng)度不降低，但超過400后會降低（當(dāng)溫度達(dá)到600時，強(qiáng)度降低越10%）。而砂漿受冷卻時，強(qiáng)度會明顯降低（如當(dāng)溫度自400冷卻，其強(qiáng)度可降低50%）。故對燒結(jié)普通磚和普通砂漿砌筑的受熱砌體，在一面受熱的情形下（如煙囪）最高受熱溫度應(yīng)低于400，且不應(yīng)考慮磚強(qiáng)度的提高作用。,2.5.3 砌體的摩擦系數(shù) 砌體的摩擦系數(shù)與摩擦面的狀況和材料種類有關(guān)，其值可按表2.12采用。在進(jìn)行砌體抗滑移和抗剪計算時需要考慮摩擦力，摩擦力的數(shù)值等于相應(yīng)摩擦系數(shù)乘以正壓力。,本章小結(jié) （1）塊材和砂漿可分為