砌体结构构件的承载力局部受压.pptx

会计学 1砌体结构构件的承载力局部受压 砌体局压的三种破坏形态n n纵裂破坏：开裂纵裂破坏：开裂-裂展裂展-裂通裂通n n劈裂破坏：劈裂破坏：AAL L/A/A00太小时产生太小时产生n n与垫板接触处的砌与垫板接触处的砌体局压破坏体局压破坏第1页/共41页 砌体局压强度提高机理传统的围箍概念-库伦强度理论n n 局压砌体纵向压缩，横向膨胀，未承压砌体起围箍约束作用。n n 库伦强度理论难于解释以下试验现象：n nAALL/A/A00很小时，砌体强度可能超过很小时，砌体强度可能超过砖的强度等级；砖的强度等级；n n砌体局压破坏发生在垫板下砌体局压破坏发生在垫板下1212皮皮砖下，而不是局压支承处；砖下，而不是局压支承处；n n三面围箍砌体的局压强度为四面三面围箍砌体的局压强度为四面围箍的围箍的1/21/2，而不是，而不是3/43/4。第2页/共41页 砌体局压强度提高机理“套箍强化”与“应力扩散”的概念n n 纵裂破坏 纵裂破坏(开裂 开裂-裂展 裂展-裂通 裂通)的解释：的解释：n n 垫板下砌体处于双向受压状态，因而很难被压坏；垫板下砌体处于双向受压状态，因而很难被压坏；n n 中部以下砌体处于竖向受压、横向受拉的应力状态，当 中部以下砌体处于竖向受压、横向受拉的应力状态，当 x,max x,maxf ft,m t,m时，出现第一条竖向裂缝；时，出现第一条竖向裂缝；n n 当被竖向裂缝分割的条带内竖向应力达到砌体的抗压强度时，当被竖向裂缝分割的条带内竖向应力达到砌体的抗压强度时，砌体即破坏。砌体即破坏。n n 劈裂破坏的解释：劈裂破坏的解释：n n 随 随A A0 0/A/AL L增大，增大，x x分布趋均匀，中线上有较长的一段 分布趋均匀，中线上有较长的一段 x x同时 同时达到 达到f ft,m t,m而突然破坏；而突然破坏；n n A A0 0/A/AL L比值减小，比值减小，x x上移，故砌体上部局压破坏，下部轴压破 上移，故砌体上部局压破坏，下部轴压破坏。坏。A A0 0/A/AL L比值接近 比值接近1 1，力的扩散现象消失，构件转入轴压破，力的扩散现象消失，构件转入轴压破坏形态。坏形态。可以认为，可以认为，A A0 0/A/AL L比值较小时，局压掺带轴压破坏 比值较小时，局压掺带轴压破坏特征。特征。第3页/共41页2.砌体局部均匀受压(均匀局压)(1)局部抗压强度提高系数n n 试验表明，试验表明，与面积比 与面积比A A0 0/A/AL L有密切的相关关系，考 有密切的相关关系，考虑到 虑到A A0 0/A/AL L=1=1时 时 应等于 应等于1 1，故采用下列关系式：，故采用下列关系式：n n 式 式(3-3-1)(3-3-1)由两项组成，即砌体的局压由两部分组成：由两项组成，即砌体的局压由两部分组成：其一是局压面积 其一是局压面积A AL L本身的抗压强度；其二是非局压面 本身的抗压强度；其二是非局压面积 积(A(A0 0-A-AL L)所提供的侧向影响，以系数 所提供的侧向影响，以系数 反映其作用 反映其作用效果。效果。第4页/共41页(1)局部抗压强度提高系数 局压试验方案2001000B370250局压试验方案端部局压第5页/共41页 局部抗压强度提高系数的大小与周边约束局压面积的砌体截面面积有关局压类型中部(边缘)角部、端部 中心0.378 0.364 0.708相关系数R0.951 0.887计算式(3-3-2)(3-3-3)(3-3-4)限值2.0 3.0第6页/共41页 分布及其限值的确定 分布及其限值的确定 为避免产生劈裂 为避免产生劈裂破坏，应控制 破坏，应控制 A A0 0/A/AL L不致过大 不致过大 以 以 max max实现 实现3.02.0中心端部、角部1 3 5 7 9 A0/AL分布曲线2.01.0 1 5 9 A0/ALcr中部、边缘、cr3.02.01 5 9 A0/AL中心局压、crcr第7页/共41页(2)砌体均匀局压的规范表达式 的限值max88 88规范公式 规范公式 的限值max中心2.5中部(边缘)2.0角部1.5端部1.25空心砖1.5与1.25未灌实混凝土砌块1.0第8页/共41页(2)砌体均匀局压的规范表达式计算面积A0取值规定P35 图3.10局压形式A0中心(h+a+c)h且ch中部(边缘)(b+2h)h角部(a+h)h+(b+h1-h)h1端部(a+h)h端部_直接取=1.25=1+0.35h(a+h)/ah-10.5=1+0.35(h/a)0.5一般情况下，a=(0.5-1.5)h代入后有=1.281.51.25中部(边缘)_直接取=1.5取a=h，即A03AL时，=1.5。第9页/共41页3.梁端局部受压(梁端非均匀局压)n n 为最常见的局压应力状态，有均匀与非均匀两种情况。n n 梁端底面的压应力分布与梁的刚度和支座构造有关。n n梁端局压与梁端局压与梁端约束支承条件梁端约束支承条件有有关，与关，与梁底和砌体的接触支承条梁底和砌体的接触支承条件有关件有关(支承于砌体或梁垫支承于砌体或梁垫)n n对于非均匀梁端支承处砌体的局对于非均匀梁端支承处砌体的局压，考虑其压，考虑其支承砌体截面面积因支承砌体截面面积因变形而产生的变化变形而产生的变化，以及，以及局压应局压应力图形的完整力图形的完整，是可以，是可以将不均匀将不均匀局压转化为均匀局压来计算局压转化为均匀局压来计算的。的。第10页/共41页梁端局部受压(均匀与非均匀)n n 梁端局压：a0与墙梁刚度大弯曲小 中心传力构造装置 均匀局压 无约束支承应力图形为三角形分布有约束支承应力呈曲线a0梁的刚度小有明显弯曲a0第11页/共41页(1)梁端有效支承长度a0n n 1)a0的计算模式n n实测中实测中aa00的影响因素较多，比较的影响因素较多，比较复杂。除局压荷载、梁的刚度复杂。除局压荷载、梁的刚度影响之外，砌体的强度、砌体影响之外，砌体的强度、砌体所处的应力阶段、局压面积的所处的应力阶段、局压面积的相对位置等都有一定的影响。相对位置等都有一定的影响。n naa00的计算模式的确定：根据哈尔的计算模式的确定：根据哈尔滨建筑大学试验，并受前苏联滨建筑大学试验，并受前苏联规范公式的影响。规范公式的影响。第12页/共41页(1)梁端有效支承长度a0 1)a0的计算模式如图，令：如图，令：式 式(a)(a)为梁端 为梁端 力的平衡条件 力的平衡条件，c c为砌体边缘最大局压应力，为砌体边缘最大局压应力，为梁端底面压应力图形不均匀系数，随局压应力不同阶段而 为梁端底面压应力图形不均匀系数，随局压应力不同阶段而变化。变化。式 式(b)(b)为 为 物理条件 物理条件，按照温克勒弹性地基梁理论而得出，按照温克勒弹性地基梁理论而得出，K K为局压边缘 为局压边缘最大局压应力 最大局压应力 c c与最大竖向变形 与最大竖向变形 y ymax max的换算系数。的换算系数。式 式(c)(c)为 为 几何条件 几何条件，tg tg 为梁端轴线倾角的正切。为梁端轴线倾角的正切。a0NL梁端转角 C梁的挠曲变形砌体压缩变形梁端支承压力第13页/共41页(1)梁端有效支承长度a0 1)a0的计算模式将 将(b)(b)、(c)(c)代入 代入(a)(a)，则可建立，则可建立a a0 0的计算模式如下 的计算模式如下：式 式(3-3-7)(3-3-7)中，当取 中，当取=0.5=0.5时，即为苏联规范公式；在 时，即为苏联规范公式；在表达式上式 表达式上式(3-3-7)(3-3-7)与它是相近的，但 与它是相近的，但 K K的物理意义和取值 的物理意义和取值并不相同，并不相同，K K 的取值应根据试验确定 的取值应根据试验确定。第14页/共41页(1)梁端有效支承长度a0 2)局压破坏时a0的计算公式n n 试验表明：试验表明：n n 各级荷载下的 各级荷载下的a a0 0值是变化的。一般来说，荷载小时 值是变化的。一般来说，荷载小时a a0 0值大，荷载大时 值大，荷载大时a a0 0值小。值小。n n K K值比较稳定，除以 值比较稳定，除以f fm m差距更小。差距更小。n n 局压位置对 局压位置对a a0 0值有影响。值有影响。n n 为简化计算，考虑到砌体的塑性变形等因素，取 为简化计算，考虑到砌体的塑性变形等因素，取 K/f K/fm m=3.55/cm=3.55/cm，则式，则式(3-3-7)(3-3-7)可写成 可写成第15页/共41页(1)梁端有效支承长度a0 2)局压破坏时a0的计算公式 式 式(3-3-8)(3-3-8)说明：说明：n n 梁端倾角大则 梁端倾角大则a a0 0值小，但梁端倾角受梁跨中允许挠度的控制，值小，但梁端倾角受梁跨中允许挠度的控制，而砌体局压破坏时并不能规定梁的倾角具体值，为简化计算，而砌体局压破坏时并不能规定梁的倾角具体值，为简化计算，可 可 取对应跨中挠度为 取对应跨中挠度为 L/250 L/250 的倾角值，亦即按 的倾角值，亦即按 tg tg=1/78=1/78 进 进行计算 行计算。n n 按梁端无约束支承条件获得 按梁端无约束支承条件获得n n 计量单位为工程制 计量单位为工程制，N NL L以 以kg kg计，计，b b以 以cm cm计，计，f fm m以 以kg/cm kg/cm2 2计，计，以弧度计。以弧度计。n n 反映了梁的刚度也反映了砌体刚度的影响 反映了梁的刚度也反映了砌体刚度的影响。n n 计算值与实测 计算值与实测a a0 0值较为接近。值较为接近。第16页/共41页(1)梁端有效支承长度a0 附：tg=1/78 取值的由来第17页/共41页(1)梁端有效支承长度a0 2)局压破坏时a0的计算公式n n 经 经换算为 换算为 法定计量单位 法定计量单位，式 式(3-3-8)(3-3-8)变换为 变换为88 88规范表达 规范表达式：式：n n 式中 式中N NL L以 以kN kN计，计，b b以 以mm mm计，计，f f以 以MPa MPa计，取 计，取tg tg=1/78=1/78。第18页/共41页(1)梁端有效支承长度a0 2)局压破坏时a0的计算公式n n 对于 对于 均布荷载 均布荷载作用下的钢筋混凝土 作用下的钢筋混凝土 简支梁 简支梁，混凝土强度等，混凝土强度等级为 级为C20 C20时，取 时，取N NL L=qL/2=qL/2，tg tg=qL=qL3 3/24B/24Bc c，h hc c/L=1/11/L=1/11，考，考虑到混凝土梁开裂对刚度的影响，以及长期荷载刚度折减，虑到混凝土梁开裂对刚度的影响，以及长期荷载刚度折减，混凝土梁的刚度 混凝土梁的刚度B Bc c在经济含钢率范围内可近似取 在经济含钢率范围内可近似取B Bc c=0.3E=0.3Ec c I Ic c，且，且I Ic c=bh=bh0 03 3/12/12，式 式(3-3-9)(3-3-9)可简化为 可简化为n n 该式虽然简单但仍然 该式虽然简单但仍然 反映了梁的刚度和砌体的刚度 反映了梁的刚度和砌体的刚度，为新，为新规范所保留。规范所保留。第19页/共41页(1)梁端有效支承长度a0 3)梁端上部荷载对a0的影响n n 目前尚未见到任何参考资料。目前尚未见到任何参考资料。n n 上部荷载 上部荷载 0 0的存在和增加，会导致实测 的存在和增加，会导致实测a a0 0值的增加。值的增加。n n 只要实际支承长度 只要实际支承长度 a a 大于 大于 a a0 0，在上部荷载作用下，在上部荷载作用下，a a0 0均有不同程度 均有不同程度的增大。的增大。这一特性必将影响有上部荷载时梁端砌体局部受压的承 这一特性必将影响有上部荷载时梁端砌体局部受压的承载能力。载能力。不考虑上部荷载 不考虑上部荷载 0 0对 对 a a0 0的影响，是偏于安全的 的影响，是偏于安全的。第20页/共41页(2)梁端砌体局部受压n n 梁端局压：a0与墙梁刚度大弯曲小 中心传力构造装置 均匀局压 无约束支承应力图形为三角形分布考虑砌体的塑性，应力呈抛物线a0梁的刚度小有明显弯曲a0有约束支承第21页/共41页(2)梁端砌体局部受压1)无上部荷载时梁端局压n n 试验表明，梁端 试验表明，梁端 不均匀局压 不均匀局压的实际 的实际 值要高于 值要高于 均匀局压 均匀局压的 的 值，在端部局压的情况下大约提高 值，在端部局压的情况下大约提高15%15%，中部局压大约提高，中部局压大约提高50%50%。n n 苏联 苏联1962 1962年砖石结构设计规范：年砖石结构设计规范：N N cm cmR Rcm cmF Fcm cm cm cm=(1.5-0.5(1.5-0.5)取 取=0.5=0.5当 当=1.0=1.0时，时，cm cm=1=1；当；当=0.5=0.5时，时，cm cm=0.625=0.625。可见。可见不均匀局压的 不均匀局压的=0.625/0.5=1.25=0.625/0.5=1.25倍。倍。n n 我国 我国1964 1964年规范修订稿取 年规范修订稿取=0.625(=0.625(当时称为局部荷载下 当时称为局部荷载下应力图形修正系数，即现称为的 应力图形修正系数，即现称为的 压应力图形完整系数 压应力图形完整系数)。第22页/共41页(2)梁端砌体局部受压1)无上部荷载时梁端局压n n 1980 1980年，丁大钧 年，丁大钧a0 xx maxex Rc梁端底面应力与应变第23页/共41页(2)梁端砌体局部受压1)无上部荷载时梁端局压当取 当取n=1.1 n=1.1，max max=2.66/a=2.66/a时，时，=0.686=0.686；当取 当取n=1.5 n=1.5，max max=3.2/a=3.2/a时，时，=0.721=0.721。因此 因此 可取 可取=0.7=0.7，并推得压应力图形重心，并推得压应力图形重心 e=0.39a e=0.39a0 0,也 也即 即 e=0.4a e=0.4a0 0，据此可算得梁端支反力对墙体的偏心距，据此可算得梁端支反力对墙体的偏心距。88 88 规范规定：对于屋盖梁，取 规范规定：对于屋盖梁，取 e=0.33a e=0.33a0 0，这是考虑屋，这是考虑屋盖梁上无墙体下传的上部荷载，梁的变形较大，为安全起见，盖梁上无墙体下传的上部荷载，梁的变形较大，为安全起见，取梁端压应力图形为三角形分布而得 取梁端压应力图形为三角形分布而得的。的。新规范 新规范为简化计算，改为 为简化计算，改为 屋盖梁、楼盖梁一律按 屋盖梁、楼盖梁一律按e=0.4a e=0.4a0 0采用 采用。第24页/共41页(2)梁端砌体局部受压1)无上部荷载时梁端局压据此分析并偏于安全，建议梁端局压强度按下式计算：据此分析并偏于安全，建议梁端局压强度按下式计算：N NL L A AL Lf fm m(3-3-11)(3-3-11)取 取=0.7=0.7，按均匀局压公式 按均匀局压公式(3-3-6)(3-3-6)采用。采用。n n 规范的计算公式为 规范的计算公式为0.4a0hca0h第25页/共41页(2)梁端砌体局部受压2)上部荷载对梁端局压强度的影响n n 梁端局部受压的承载力计算问题曾有三种意见：梁端局部受压的承载力计算问题曾有三种意见：n n 其一，为 其一，为 73 73 规范的计算公式 规范的计算公式。从迭加原理出发，认为上部墙体传来均匀。从迭加原理出发，认为上部墙体传来均匀压力只作用在梁端有效局压面积范围内 压力只作用在梁端有效局压面积范围内(N N0 0=0 0A AL L)。n n 其二，如 其二，如 前苏联 前苏联 1955 1955 年的规范 年的规范。认为上部砌体存在内拱作用，因而。认为上部砌体存在内拱作用，因而 无需 无需考虑 考虑上部荷载的影响。上部荷载的影响。n n 其三，是考虑到梁端转动上翘，因而梁端顶面吸引了 其三，是考虑到梁端转动上翘，因而梁端顶面吸引了 砌体扩散角范围内 砌体扩散角范围内所有的上部荷载 所有的上部荷载。n n 上部荷载对砌体局压强度影响的计算公式种类较多、差异也大。上部荷载对砌体局压强度影响的计算公式种类较多、差异也大。第26页/共41页(2)梁端砌体局部受压2)上部荷载对梁端局压强度的影响0NL0c系数，反映上部荷载的影响1.00 0.2 0.4 0.6 0/fmNUNL梁端局压的内拱卸荷作用c试验值分布含上传荷载 NL=cALfm0 L0/fm=0.5时 c=1.18第27页/共41页(2)梁端砌体局部受压2)上部荷载对梁端局压强度的影响n n 试验现象 试验现象n n 均载 均载N N0 0(0 0)下，若增加梁端 下，若增加梁端N NL L(L L)则梁底压应力增大，则梁底压应力增大，但梁顶 但梁顶 0 0有所下降。有所下降。n n 与轴压比 与轴压比 0 0/f/fm m有关 有关，轴压比，轴压比 0 0/f/fm m小，梁顶接触处有 小，梁顶接触处有水平裂缝，内力重分布 水平裂缝，内力重分布 内拱作用明显。随轴压比 内拱作用明显。随轴压比 0 0/f/fm m增大，内拱作用减小，但内拱作用仍然存在。增大，内拱作用减小，但内拱作用仍然存在。n n 与面积比 与面积比 A A0 0/A/AL L有关 有关，面积比，面积比A A0 0/A/AL L2 2时，可不考虑 时，可不考虑N N0 0(0 0)，规范取 规范取 A A0 0/A/AL L3 3 时不考虑 时不考虑 N N0 0(0 0)。第28页/共41页(2)梁端砌体局部受压2)上部荷载对梁端局压强度的影响n n 梁端砌体局部受压承载力计算公式 梁端砌体局部受压承载力计算公式n n N N0 0(0 0)的考虑 的考虑 A A0 0/A/AL L=1=1时，时，N N0 0(0 0)必须全部考虑，内拱作用消失 必须全部考虑，内拱作用消失 A A0 0/A/AL L=2=2时，时，N N0 0(0 0)考虑一半 考虑一半 A A0 0/A/AL L=3=3时，时，N N0 0(0 0)可不考虑 可不考虑第29页/共41页(2)梁端砌体局部受压2)上部荷载对梁端局压强度的影响h0.4a0N0NL第30页/共41页4.刚性梁垫下砌体局部受压n n 垫块适用场合 垫块适用场合n n 梁端局压强度不满足要求，或墙上搁置较大的梁、桁架时采用。梁端局压强度不满足要求，或墙上搁置较大的梁、桁架时采用。n n 垫块下砌体局压可分为两种情况 垫块下砌体局压可分为两种情况n n 刚性垫块下砌体局部受压 刚性垫块下砌体局部受压n n 柔性垫块下砌体局部受压 柔性垫块下砌体局部受压第31页/共41页4.刚性梁垫下砌体局部受压(1)刚性垫块下砌体局压强度 刚性垫块下砌体局压强度计算模式 计算模式n n 刚性垫块下的 刚性垫块下的 应力分布与一般偏心受压构件接近 应力分布与一般偏心受压构件接近，故刚，故刚性垫块下砌体局压 性垫块下砌体局压 承载力可采用偏压的计算模式 承载力可采用偏压的计算模式计算：计算：N=N=N N0 0+N+NL L e eA Ab bf fm m式中：式中：e e=1/(1+12(e/=1/(1+12(e/a ab b)2 2)A Ab b=a=ab bb bb bn n 为了利用垫块外砌体对局压的有利作用，改写为 为了利用垫块外砌体对局压的有利作用，改写为 N N0 0+N+NL L e e 1 1A Ab bf fm m式中：式中：1 1=0.8=0.8 1 1=1+0.35(A=1+0.35(A0 0/A Ab b-1)-1)0.5 0.5n n 0.8 0.8 是考虑垫块下局压应力分布不均匀并使 是考虑垫块下局压应力分布不均匀并使之偏于安全。之偏于安全。第32页/共41页4.刚性梁垫下砌体局部受压(1)刚性垫块下砌体局压强度 刚性垫块下砌体局压强度n n 壁柱上设垫块时局部受压 壁柱上设垫块时局部受压abtbN0NLbbtbtb1201 11-1壁柱上设垫块时局部受压0.4a0A0取壁柱范围内的面积第33页/共41页4.刚性梁垫下砌体局部受压(1)刚性垫块下砌体局压强度 刚性垫块下砌体局压强度n n 垫块下局压 垫块下局压240370370740300740250370第34页/共41页4.刚性梁垫下砌体局部受压(1)刚性垫块下砌体局压强度 刚性垫块下砌体局压强度 规范表达式 规范表达式n n 考虑到垫块面积比梁的端部要大得多，墙体内拱卸荷作用不 考虑到垫块面积比梁的端部要大得多，墙体内拱卸荷作用不大显著，所以 大显著，所以 上部荷载 上部荷载 N N0 0不考虑折减 不考虑折减。故。故 规范表达式 规范表达式写成 写成 N NL L+N+N0 0 1 1A Ab bf f式中：式中：垫块上轴向力 垫块上轴向力 N NL L和 和 N N0 0的影响系数，按高厚比 的影响系数，按高厚比 3 3 时的 时的 取用。取用。n n 缺角垫块 缺角垫块(P32(P32图 图3.6)3.6)：减小：减小N NL L对垫块的偏心距，改善垫块下 对垫块的偏心距，改善垫块下的应力状况，使垫块下的应力分布趋于均匀，从而提高局压 的应力状况，使垫块下的应力分布趋于均匀，从而提高局压承载力。承载力。n n 与梁整浇的垫块，其受力同梁底，以 与梁整浇的垫块，其受力同梁底，以 b bb b代 代 b b，按局压计算：，按局压计算：第35页/共41页4.刚性梁垫下砌体局部受压(2)刚性垫块上的有效支承长度 刚性垫块上的有效支承长度88 88规范没有明确规定，新规范根据哈尔滨建筑大学实测数 规范没有明确规定，新规范根据哈尔滨建筑大学实测数据回归表达式：据回归表达式：第36页/共41页4.刚性梁垫下砌体局部受压(2)刚性垫块上的有效支承长度 刚性垫块上的有效支承长度n n 新规范采用的计算公式 新规范采用的计算公式：当垫块与梁端整浇时，梁端支承处砌体的受压作 当垫块与梁端整浇时，梁端支承处砌体的受压作简化计算时，也可按上式与下式计算。简化计算时，也可按上式与下式计算。第37页/共41页4.刚性梁垫下砌体局部受压(2)刚性垫块的构造要求 刚性垫块的构造要求n n 参见P37第38页/共41页5.柔性梁垫下砌体局部受压n n 当集中力作用于柔性的钢筋混凝土垫梁上时 当集中力作用于柔性的钢筋混凝土垫梁上时(如圈梁 如圈梁)，由，由于垫梁下砌体因局压荷载产生的竖向压应力分布在较大 于垫梁下砌体因局压荷载产生的竖向压应力分布在较大的范围内，其应力峰值 的范围内，其应力峰值 y,max y,max和分布范围可按弹性半无 和分布范围可按弹性半无限体长梁求解 限体长梁求解(如图 如图)NLaah0hbNL 0.4a0hbba-a垫梁砌体柔性垫梁局部受压第39页/共41页5.柔性梁垫下砌体局部受压根据试验，垫梁下砌体局部受压最大应力值应符合下式要求：y,max1.5f取 NL=h0bby,max/2；N0=h0bb0/2可得 N0+NL2.42h0bbf h0=2(ECIC/Ebb)3/2式中：2荷载沿墙厚方向均匀分布时取1.0，不均匀分布时取0.8第40页/共41页