砌体材料及其力学性能

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fmax0

ε峰值应变ε0极限应变εu砖为脆性材料，具有较长的直线段，达fu后很快达到εu而破坏。ε

0：0.001~0.0015ε

u：0.0011~0.0023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

σ/fpr,m0

ε/ε0峰值应变ε0极限应变εu与砖相比，砂浆具有较好的变形能力。ε0：0.0014~0.0021εu：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)≈0.5-0.7Nu(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≈0.8-0.9Nu，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/mm2)砂浆的强度(N/mm2)破坏荷载(KN)砌体的强度(N/mm2)水泥砂浆5.755.401862.10水泥石灰砂浆8.801.401782.00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.块体和砂浆的的强度(最主要影响因因素)(1)砖强度：砖强度与砌体体强度之间有有很大的区别别——砖不平整，砂砂浆厚度与密密实度不均匀匀，砖与砂浆浆横向变形能能力差异，竖竖向灰缝上砖砖内的应力集集中，试验上上的差异(尺寸效应、砂砂浆材料)等。砌体强度与砖砖强度的方根根成正比。砖的强度越越高，在砌体体中的利用率率越低，一般般在15-60％之间变化。。另外，砖的的抗弯强度较较抗压强度对对砌体的强度度影响更大。。(2)砂浆强度：当砖强度一定定时，砌体强强度随砂浆强强度而线性增增长(但并不成正比比，砌体强度度的增长落后后砂浆强度的的增长很多)。砂浆的强度度越高，砖强强度在砌体中中的利用率越越高。2.块体形状、尺尺寸、平整度度(影响因素)尺寸：高度↗，长度↘——弯剪应力↘，强度↗形状与平整度度↗——弯剪应力↘，强度↗88规范规定的砖砖砌体标准试试件截面尺寸寸为240mm╳370mm，高度为720mm。尺寸效应换算算系数：ψ=1/(0.72+20S/A)式中：S——试件截面的周周长A——试件截面面积积3.砂浆的性能(影响因素)流动性和保水水性：流动性和保保水性好的砂砂浆，铺砌的的灰缝的厚度度与密实度较较均匀，可以以降低块体在在砌体内的弯弯剪应力，从从而提高砌体体的强度。使使用掺合料可可以提高砂浆浆的流动性——并不能直接提提高砂浆的强强度。砂浆的变形性性能：砖强度不变变时，砂浆的的强度等级越越低，变形越越大。砖与砂砂浆的相对变变形大小将影影响单砖的受受力情况。4.砌筑质量(影响因素)砌筑质量有助助于改善砌块块的受力性能能：润砖——增加粘结力，，含水率8-10％水平灰缝的厚厚度——控制砂浆的横横向变形，8-12mm水平灰缝的饱饱满度——80％水平灰缝的平平整度竖向灰缝的饱饱满度——50％新砌灰缝的早早期受压——可增加砌体的的密实度，而而提高砌体的的强度。三、各类砌体体抗压强度平平均值的计算算引言砌体的抗压强强度与许多因因素有关，目目前采用从强度破坏机理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困难，因此大大多根据范围围较为广泛的的系统试验归归纳得出的经验公式进行计算。许许多国家的学学者提出过种种种计算方法法。为了掌握砌体体抗压强度的的各主要因素素与砌体强度度的关系，我我国有关单位位共取得三千千多个试验数数据。88规范修订组根根据既要与试验值相相符合，变异异系系数数要要尽尽量量小小，物理理概概念念要要明明确确，并并在表表达达式式方方面面尽尽量量向向国国际际标标准准靠靠拢拢的原则则，通通过过反反复复运运算算和和研研究究，，提提出出了了各类类砌砌体体抗抗压压强强度度平平均均值值的的计计算算统统一一公公式式。。三、、各各类类砌砌体体抗抗压压强强度度平平均均值值的的计计算算三、、各各类类砌砌体体抗抗压压强强度度平平均均值值的的计计算算公式式特特点点为统统一一公公式式，，涵涵盖盖各各类类砌砌体体；；与与试试验验值值符符合合较较好好，，反反映映了了各各因因素素的的影影响响。。(1)主要要取取决决因因素素f1----fm与f1的方方根根成成正正比比以砖砖砌砌体体为为例例：：1)砖强强度度的的利利用用率率随随砖砖强强度度的的提提高高而而降降低低常用用材材料料范范围围内内，，砖砖强强度度的的利利用用率率在在15-60％之之间间，，并并随随砖砖强强度度的的提提高高而而降降低低，，砖砖强强度度提提高高4倍，，砌砌体体强强度度只只提提高高2倍。。例例：：三、、各各类类砌砌体体抗抗压压强强度度平平均均值值的的计计算算三、、各各类类砌砌体体抗抗压压强强度度平平均均值值的的计计算算2)砂浆浆的的强强度度越越高高，，砖砖强强度度的的利利用用率率越越高高如上上两两例例。。(2)其次次影影响响因因素素---f21)低强强度度砂砂浆浆中中，，砖砖强强度度的的利利用用率率很很低低2)砌体体强强度度随随砂砂浆浆强强度度而而线线性性增增长长，，但但砌砌体体强强度度的的增增长长落落后后于于砂砂浆浆强强度度的的增增长长很很多多。。如：：f2=1MPa，fm=0.835√√f1；f2=15MPa，fm=1.6√√f1即f2增加加15倍，，fm仅增增加加1.92倍。。三、、各各类类砌砌体体抗抗压压强强度度平平均均值值的的计计算算(3)k1与αK1与块块体体种种类类和和砌砌筑筑方方法法有有关关，，α与块块体体高高度度有有关关，，两两者者可可综综合合体体现现砌砌体体抗抗压压强强度度的的大大小小。。如如混混凝凝土土砌砌块块砌砌体体，，因因其其为为单单片片顺顺砌砌或或丁丁砌砌，，而而易易形形成成独独立立小小柱柱，，且且其其高高度度一一般般大大于于90而对对抗抗弯弯有有利利，，故故修修正正。。(4)k2低强强度度砂砂浆浆横横向向变变形形大大，，故故修修正正。。(5)高强强砌砌块块砌砌体体的的抗抗压压强强度度不不能能用用统统一一公公式式外外延延，，必必须须加加以以修修正正。。见P23表1.9附录录第四四节节砌砌体体的的抗抗拉拉、、抗抗弯弯、、抗抗剪剪强强度度平平均均值值一、、砌砌体体拉拉、、弯弯、、剪剪的的破破坏坏形形式式计算算中中仅仅考考虑虑水水平平灰灰缝缝中中的的粘粘结结力力，而而不不考考虑虑竖竖向向灰灰缝缝的的粘粘结结力力。。a)沿块块体体和和竖竖缝缝与块块体体的的抗抗拉拉强强度度、、切切向向粘粘结结强强度度有有关关。。b)沿齿齿缝缝切向向粘粘结结强强度度与砌筑筑方方式式有有关关c)沿通通缝缝不允允许许出出现现一、、砌砌体体拉拉、、弯弯、、剪剪的的破破坏坏形形式式法向粘结结强度很很低，一一般不足足切向粘粘结强度度的1/2，而且往往往不易易保证。。砌体的切切向受力力砌体的法法向受力力一、砌体体拉、弯弯、剪的的破坏形形式(1)抗拉：a)不允许设设计沿通通缝截面面破坏的的受拉构构件。b)沿齿缝破破坏，砌砌体抗拉拉承载力力取决于于破坏截截面上水平灰缝缝的面积，，即与砌筑方方式有关关——不考虑提提高，只只考虑折折减。c)沿块体和和竖缝破破坏，砌体抗拉拉承载力力取决于于块体本身的抗抗拉能力力，故抗抗拉截面面积只有有砌体受受拉截面面积的一一半。为为方便计计算仍取取受拉全全截面积积，但强度以块块体抗拉拉强度的的一半计计算。d)砌体的抗抗拉强度度，取上上述两种种强度的的较小值值。一、砌体体拉、弯弯、剪的的破坏形形式(2)抗弯：a)沿通缝截截面b)沿齿缝截截面c)沿块体和和竖向灰灰缝截面面取b)、c)两种弯曲曲抗拉强强度的较较小值。。一、砌体体拉、弯弯、剪的的破坏形形式(3)抗剪：砌体水水平灰缝缝的切向向粘结力力实际上上就是砌砌体沿通通缝截面面的抗剪剪强度，，一般通通过试验验确定。。单剪试验验(73规范)离散性大大双剪试验验《砌体结构构基本力力学性能能》(GBJ129-90)一、砌体体拉、弯弯、剪的的破坏形形式砌体受剪剪破坏形形式。据据试验，，三种抗抗剪强度度基本一一样。沿通缝剪剪切沿沿齿缝剪剪切沿沿阶阶梯形缝缝剪切剪摩破坏坏斜斜压破坏坏剪剪压压破坏二、砌体体拉、弯弯、剪平平均强度度计算公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ft,m=k3√f2ftm,m=k4√f2fv,m=k5√f2k3k4k5沿齿缝沿通缝k值与砌体体种类有有关第五节砌砌体体的变形形性能一、砌体体的应力力——应变关系系砌体是弹弹塑性材材料，从从受压一一开始，，应力与与应变就就不成直直线变化化。随着着荷载的的增加，，变形增增长逐渐渐加快。。在接近近破坏时时，荷载载很少增增加，变变形急剧剧增长。。所以对对砌体来来说，应力应变变是一种种曲线变变化规律律。据前苏联联和国内内湖南大大学一组组4个试件和和西安冶冶金建筑筑学院5个变形较较小试件件的量测测结果资资料，应应力应变变σ-ε曲线采用用下列对数关系系式较符合：：一、砌体体的应力力——应变关系系一、砌体体的应力力——应变关系系二、砌体体的弹性性模量切线弹性性模量E’初始弹性性模量E0割线弹性性模量E二、砌体体的弹性性模量规范主编编者建议议取值1)为了避免免当fm很大时，，E随fm的加大而而增长过过多，即即避免曲曲线上翘翘，取当fm≤1.5MPa时，ξ=1250/3当fm>1.5MPa时，ξ=1250(1-1/fm)所给出的的ξ值，与ξ=460√f是一致的的。2)规范规定定的E，与f成正比，，并且仍仍然以砂砂浆的强强度等级级为基准准。3)石砌体E根据f2采用。三、砌体体的剪变变模量由材料力力学G=E/[2(1+ν)]式中：ν——泊松系数数，一般般取0.1~0.2。对标准准砖与空心心砖砌体体，近似似可取为为0.1