砌体结构砌体的物理力学性能

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2.1.3 块体和砂浆强度等级的选用 在选用砌体结构的块体材料时，应有足够的强度，以符合砌体结 构构件对承载能力的要求。块体也应有良好的耐久性（是指建 筑结构在正常的维护下，材料性能随时间变化，还能满足预定 的功能要求的性能）、并有较好的保温隔热性能。 砌筑用的砂浆不仅拥有足够的强度，而且还应该具有良好的和 易性（可塑性）和有一定的保水性。砂浆中摻入适量的掺合物 ，如在砂浆中摻入石灰膏、粉煤灰等有机塑化剂，可提高砂浆 的和易性和保水性，又能提高砌筑质量。 在选用块体材料和砂浆时应因地制宜、就地取材、按建筑物对耐 久性的要求、房屋的使用年限、气体的砌体的受力特点、工作 环境和施工条件等各方面因素综合考虑。 对地面以下或防潮层以下的砌体所用材料，应符合最低强度等级 要求。《规范》对地表以下或防潮层以下砌体、潮湿房间墙所 用材料的最低强度等级规定见表2-2。
MU3 0 MU3 0 MU4 0
M5
M7.5பைடு நூலகம்M10
注： 1 在冻胀地区，地面以下或防潮层以下的砌体，不宜采用多孔砖，如采 用时，其孔洞应用水泥砂浆灌实。当采用混凝土砌块砌体时，其孔洞应 采用强度等级不低于Cb20的混凝土灌实； 2 对安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，表中材料强度等 级应至少提高一级。
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图 2.3 砌体轴心受拉的破坏形态
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表2.2
潮湿环境下的材料最低强度等级
烧结普通砖、蒸压 灰砂砖
基土的潮湿 程度
严寒地 区
MU10 MU15 MU20
一般地 区
MU10 MU10 MU15
混凝土砌 块
表2.2
石材
水泥砂 浆
稍潮湿的 很潮湿的 含水饱和的
MU7.5 MU7.5 MU10
潮湿环境下的材料最低强度等级
2.2.1 砌体受压的受力阶段 砌体的受压性能试验主要是以实心砖砌体轴心受压为例，从砖柱受压试 验可知，轴心受压砖砌体从加荷载至破坏可分为三个阶段。 （1）第一阶段 由加荷载开始至个别砖出现裂缝为第一阶段。此时压力为破坏荷载 50﹪~70﹪，其特征裂缝是出现在单块砖内，如不继续加载，裂缝不 会继续扩展或增加。（图a） （2）第二阶段 随着荷载的继续增加，单块砖内的裂缝上下延伸和不断扩展，垂直通过 若干皮砖，形成一段段连续裂缝。当荷载达到破坏荷载的80﹪~90﹪ 时，即使荷载不增加，裂缝还是继续发展。（图b） (3)第三阶段 当荷载进一步增加，砌体内裂缝迅速扩展，加长加宽，形成几条贯穿的 裂缝，最终将砌体分成几个小立柱。整个砌体明显向外鼓出，最后某 些小立柱失稳或压碎，整个砌体即被破坏（图c）
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（4）石材的强度等级 共分为7级，依次是MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、 MU30、MU20。 在承重结构中，常用的石材有花岗岩、石灰岩和凝灰岩等， 天然 建筑石材具有强度高、耐久性好、抗冻与抗气性能好等优点， 并多用 于房屋的基础及勒脚部位。有时也用于房屋的墙体，因其保温性能差， 需要较大的墙厚而显得不经济。 石材根据其外形和加工程度可将天然石材分为料石和毛石两种。 料石按加工平整程度不同分为细料石、半细料石、粗料石和毛料石。 表2.1 石材强度等级的换算系数 确定石材的强度等级时，若采用其它尺寸的立方体作试块，应对 其试验结果乘以相应的换算系数（表2.1）
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（3）砂浆的性能 砂浆具有明显的弹塑性性质， 砌筑时砂浆的和易性良好、流动性 大时，会形成厚度均匀和密实的灰缝，可改善块体内的应力状态，使 砌体强度提高。但砂浆的可塑性过大，弹性模量过低时，会增加砌体 受压时砂浆的横向变形，使砌体所受横向拉应力增大，降低砌体的强 度。 所以砌筑时用的是砂浆的强度高、可塑性适当、弹性模量大，砌 体的抗压强度较高。 （4）砌筑质量 砌体砌筑时水平灰缝的饱满度、水平灰缝的厚度及砖的含水率等 关系影响着砌体的质量。试验表明，当砂浆的饱满度为73﹪时，砌体 的强度可达到规定的强度。因此，砌体施工验收规范中，要求水平灰 缝的饱满度不小于80﹪，水平灰缝的饱满度越高，砌体的俄抗压强度 越高。水平灰缝愈厚，砂浆横向变形愈大，砌体内复杂应力随之加剧 ，砌体的抗压强度亦降低。通常砂浆的水平灰缝厚度为8mm~12mm。干 砖会过多吸收灰缝中砂浆的水分，使砂浆失去水分达不到结硬后应有 的强度，砌筑时一般控制砖的含水率为10﹪~15﹪。 此外，块体的外形规整程度，试件的龄期，竖向灰缝的饱满度， 砂浆和块体的粘结力以及搭接方式等都会对砌体的抗压强度有影响。
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2.3.1 砌体轴心受拉 砌体在轴心拉力作用下，可能出现三种不同形态的破坏特征 ：沿齿缝截面破坏；沿块体和竖向灰缝破坏；沿水平灰缝截面破 坏。一般情况下，砂浆的强度较低，砂浆与块体的粘结强度低于 块体的抗拉强度，将发生沿齿缝的破坏；当沿着块体和竖向灰缝 截面破坏是，砌体的抗拉承载能力取决于块体本身的抗拉强度， 当块体抗拉强度低于水平灰缝中砂浆与块体之间的切向粘结力时 ，才会发生这种破坏；当轴向拉力与砌体的水平灰缝垂直时，砌 体发生沿水平灰缝截面破坏，这种对抗拉力承载力其决定作用的 因素是法向粘结力，由于法向粘结力强度小且不易保证，设计中 不允许采用。（图2.3）
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图 2.1
轴心受压砖砌体的受压阶段
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2.2.2 砌体受压时的应力状态分析 试验结果表明，砖砌体在受压时不但单块砖开裂过早，且砌体的抗压 强度远低于砖的抗压强度。这一现象是砌体体内单块砖所受的复杂应 力作用加以说明。 （1）在砌体受压时单块砖并非均匀受压 由于单块砖的外形不规则平整，所铺砂浆的厚度和成分也不可能非常 均匀，水平灰缝饱满度不足，所以在单块砖的砌体内不能均匀受压， 而是处于压、拉、弯、剪、扭和局部受压等复力应力状态。由于砖的 抗拉强度较低，当弯、剪引起的主拉应力超过砖的抗拉强度后，砖就 会因拉而开裂，最终使砖砌体的强度远低于砖的强度（图2.2）。 （2）砌体中单块砖和和砂浆的交互作用 砌体中单块砖与和砂浆的交互作用使砖承受压力。由于砖与砂浆的 弹性模量及横向变形系数不同，砖的横向变形小于砂浆的横向变形。 由于砖与砂浆之间的粘结力和摩擦力的存在，砖对砂浆的横向变形起 阻碍的作用，砂浆对砖则形成了水平附加拉力，这种拉力也是使砖开 裂早的原因。若砂浆强度等级越高时，砖与砂浆的横向变形差异愈小， 砂浆对砖所形成的水平附加拉力也愈小，这种原因可避免。
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图2.2
块体的受力状态
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（3）竖向灰缝应力集中 在砌筑时，砌体的竖向灰缝未能很好的填满，同时竖向 灰缝内的砂浆和砖的粘结力难以保证砌体的整体性。 因此，在竖向灰缝上的砖内将产生拉应力和剪应力集 中，从而也加快了砖的开裂，引起砌体强度降低。
学习目标：
通过学习要求熟悉砌体材料及砌体种类，掌握砌体 受力的力学性能及影响砌体抗压强度的因素，可以 加深对砌体结构的认识，正确的进行设计计算。
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2.1 块体和砂浆的强度等级
2.1.1 块体的强度等级
网状砌体结构是由块材和砂浆经组砌而成的整体材料。砌体中常用 的砖、砌块和石材三类。 块体的强度等级是根据其抗压强度标准值的大小而划分的，块材强 度等级以符号MU（Masonry Unit）表示，块体的强度等级有符号“MU” 加相应的数字表示，其数字表示抗压强度整数值，单位为MPa。 （1）烧结普通砖、烧结多孔砖的强度等级 共分为5级，依次是MU30、MU25、MU20、MU15、MU10. 烧结普通砖是以黏土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而 成的实心或空洞率不大于规定值且外形尺寸符合规定的砖。其标准尺寸 是240mm×115mm×53mm，通称为“标准砖”。烧结多孔砖的空洞率 不小于25﹪,孔的尺寸小而数量多，主要用于承重部位，简称多孔砖。
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2.2 砌体的受压性能
在实际工程中，大部分砌体都属于受压构件，要对砌 体受压性能应有个全面的了解。不同种类的砌体，受压 性能不相同，但受力机理有很多的相同只处，下面以普 通砖砌体受压，来了解砌体的受压性能。
Mpa
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2015年10月25日星期日3时22分16秒
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（2）蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖的强度等级 共分为4级，依次是MU25、MU20、MU15、MU10 蒸压灰砂砖是以石灰和砂为主要材料，经配料制备、压制成型，蒸压 养护而成的实心砖，简称灰砂砖。 蒸压粉煤灰砖的制作工艺同灰砂砖，主要原料为粉煤灰、石灰，并掺 加适量石膏和集料。 （3）砌块的强调等级 共分为5级，依次是MU30、MU25、MU20、MU15、MU10. 混凝土小型空心砌块主要由普通混凝土，轻骨料混凝土制成，主规格 390mm×190mm×190mm，空心率为25﹪~50﹪。 砌块表观密度较小，可减轻结构自重，保温隔热性能好，施工速度快， 能充分利用工业废料、价格便宜。在很多地方已广泛用于房屋的墙体和 用于高层建筑结构的承重墙体。
第二章
砌体的物理力学性能
2.1 块体和砂浆的强度等级 砌体的受压性能 砌体的受拉、受弯和受剪性能 砌体的强度设计值 第一章 绪论 砌体的其它性能
本章 内容
2.2 2.3 2.4 1.4 2.4
2015年10月25日星期日3时22分1 16秒
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学习重点：
砌体材料的种类及砌体受压、受拉、受弯、受剪的 力学性能，影响砌体抗压强度的主要因素，根据各 种的受力条件下砌体强度计算公式。
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2.2.3 影响砌体抗压强度的主要因素 从砌体受压时的应力状态分析可知，影响砌体的主要因素有：块体和砂 浆的强度，变形模量，块体外形尺寸，灰缝厚度等，砌筑质量也是关键 因素之一。 （1）块体和砂浆强度 块体和砂浆的强度指标是确定砌体强度最主要的因素。块体和砂浆的强 度高，砌体的抗压强度也高。试验表明，提高砌体强度等级比提高砂浆 强度等级对增大砌体抗压强度的效果好，当块体强度等级提高一倍，砌 体的抗压强度可提高0.5倍左右。 块体的截面高度对砌体的抗压强度也有较大的影响，块体的截面高度越 大，其截面的抗弯、抗剪、抗拉的能力越强，砌体的抗压强度越大。 （2）块体尺寸和几何形状 块体的尺寸、外观形状及表面平整程度对砌体的抗压强度也有较大 的影响。从前面砌体的受压状态的分析可知，砌体厚度大、外形规则平 整，其所在砌体中收的拉、弯、剪应力较小，有利于推迟块体裂缝的出 现，从而延缓了砌体的破坏，提高了抗压强度。
表2.1 石材强度等级的换算系数
200
立方体边长（mm） 换算系数 1.43 1.28 1.14 1.0 0.86
150
100
70
50
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2.1.2 砂浆的强度等级 砂浆是由胶结材料（水泥、石灰）和砂加水搅拌而 成的混合材料。砂浆的作用是把块材粘结成整体，并在 块材之间起分散压力的作用。 砂浆应有足够的强度和耐久性，并具有一定的保水 性和和易性。 砂浆的强度等级共分为5级，依次是MU15、MU10、MU7.5、 MU5、MU2.5，M后面的数字表示抗压强度值。单位为MPa。
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2.3
砌体的受拉、受弯和受剪性能
在实际工程中，砌体除了受压力作用外，还承受轴 心受拉、弯矩、剪力作用。如圆形水池池壁或谷仓在液体 的侧向压力作用下江产生轴向拉力；挡土墙在土压力作用 下，将产生弯矩、剪力作用；砖砌过梁在自重和荷载作用 下受到弯矩，剪力作用等。