砌体基本力学性能.pptx

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1、1 砌体受压破坏机理 1.1复杂应力状态学说 1.2 横向变形学说第1页/共54页1.1复杂应力状态学说灰缝厚度、饱满度、密实性不均匀 砖表面不规则 单砖弯、剪应力状态 由于砖抗拉强度低而开裂 砌体抗压强度低于单砖第2页/共54页1.2 横向变形学说 砖压/拉/拉C/T/T；砂浆压/压/压C/C/C 砖与砂浆之间的粘结单砖先裂砌体抗压强度低于单砖砖抗拉强度低第3页/共54页2 影响砌体抗压强度的因素2.1 内因f1、f2f1、f2fm f1一定时，f2太高，不好(见教材）BIA TN8B（砂浆选择）：砂浆强度并不是越高越好降低砂浆强度等级，让干燥收缩裂缝出现在灰缝，易于修补和防渗漏 第4页/共

2、54页块型 块型：外观尺寸（长l宽b高h）、孔洞率、壁厚ts、肋厚tw等。陶秋旺，施楚贤.孔洞对多孔砖砌体抗压强度的影响及抗压强度取值J.建筑结构，2005,9:20-23.倪玉双,杨伟军,杨春侠.不同肋厚混凝土多孔砖砌体基本力学性能试验研究及理论分析J.建筑砌块与砌块建筑，2006年第3期.梁建国，曾小军.块型对混凝土块材抗压强度的影响.新型建筑材料，第35卷2008年第3期 hfm b、lfm fm 原建筑工程部建筑研究院公式 实心砖，未考虑b第5页/共54页砂浆的变形及和易性 砂浆的变形横向变形fm 轻质砂浆变形率大，强度降低15 和易性铺砌饱满、均匀、密实 fm GB50003规定：对

3、水泥砂浆砖（多孔砖）砌体，强度降低10 第6页/共54页试件尺寸与加载方法 砌体基本力学性能试验方法标准GBJ129-90 标准试件：240370720mm（砖、多孔砖）三皮高、中间带竖缝（砌块）ASTM C 1314 03b Standard Test Method for Compressive Strength of Masonry Prisms第7页/共54页龄期试验室砌体强度与实际砌体强度差别实际砌体墙在后，收到上部结构重量的预压，砂浆密实度提高，强度提高约15。第8页/共54页2.2 外因水平灰缝饱满度f上式中当f0.73时，f1.0。砌体工程施工质量验收规范GB50203-200

4、2：f80砖砌筑时的含水率w（）GB50203-2002：普通砖、多孔砖应提前12d浇水湿润，含水率宜为1015%。灰砂砖、粉煤灰砖、砌块？施楚贤.砖砌筑时的含水率对砌体抗压和抗剪强度的影响J.建筑技术,1983(3):37-40梁建国1，程少辉1，汤峰非烧结砖砌筑时合理上墙含水率研究建筑技术第41 卷第1 期第9页/共54页灰缝厚度t施楚贤.砂浆水平灰缝厚度对砖砌体抗压强度的影响J.建筑技术,1981(12):50-52第10页/共54页砌筑方法施工质量控制等级 为了配合GB50203-2002，将不同施工质量控制等级的砌体强度进行调整，对A、B、C三个控制等级的砌体抗压强度乘一调整系数1.

5、1、1.0、0.9。第11页/共54页3 砌体抗压强度3.1 Francis公式Francis,A.J.,Horman,C.B.and Jerrems,L.E.,The effect of joint thickness and other factors on the compressive strength of brickwork,Proc.of the 2nd Int.Brick Masonry Conf.,Stoke-on-Trent,1971.pp31-37.xbxm zbzm第12页/共54页3.2 Hilsdorf公式 是Francis公式的一个变换。砌体中竖向压应力不均匀 砂

6、浆C/C/C（侧向两个C相同2）强度 砂浆横向压应力 砖横向拉应力 砖的破坏准则图 y砌体内最大压应力;ym砌体内平均压应力应力不均匀系数，按经验取1.3 与Francis公式不同点：1 考虑了应力不均匀；2 考虑了砂浆三轴受压准则第13页/共54页.奥尼西克.砖石结构的研究M.北京:科学出版社,1995 公式 原苏联规范一直采用的经验公式第14页/共54页3.4 Grimm公式 Grimm C.T.Strength and Related Properties of Brick Masonry.美国试验基础上的经验公式 第15页/共54页3.5 BS5628和ISO/TC179经验公式 0.

7、4，0.7，0.3简单，但f20时，f=0,与实际不符 第16页/共54页3.6 我国规范公式GB 50032001 的砌体轴心抗压强度平均值计算公式：式中 fm砌体抗压强度平均值MPa；f1块体的抗压强度平均值MPa；f2砂浆抗压强度平均值MPa；k1与块体类别有关的参数，见表35；与块体高度及砌体类别有关的参数，见表35；k2砂浆强度等级较低或较高时修正系数。杨伟军，胡庆国.混凝土空心砖砌体房屋.中南大学出版社.2004年6月.P37 （讨论？）陶秋旺，施楚贤.孔洞对多孔砖砌体抗压强度的影响及抗压强度取值J.建筑结构，2005,9:20-23.第17页/共54页4应力应变曲线 4.1试验装

8、置及试验方法过镇海等.混凝土的强度和变形试验基础和本构关系.1999，中国建工出版社.两种加载方法：第18页/共54页4.2 全曲线的几何特点 采用无量纲坐标：过镇海等.混凝土的强度和变形试验基础和本构关系.1999，中国建工出版社.杨伟军，施楚贤.砌体受压应力应变关系全曲线的研究.99年杭州会议论文集第19页/共54页4.3 常见应力应变曲线对数型公式：式中 砌体应变；砌体应力；与块体类别和砂浆强度有关的弹性特征值；fk砌体抗压强度的标准值。施楚贤公式（我国规范）：式中，按最小二乘法，取460 优点：可以推导出长柱稳定系数表达式。缺点：只有上升段Naraine和Sinha(全曲线)Krish

9、na Naraine,Sachchidanand Sinha.Behavior of Brick Masonry under Cyclic Compressive Loading,Journal of Construction Engineering and Management,ASCE,1989(5)第20页/共54页指数型（只有上升段）Scott McNary和AlramsAhmad et alSinha和DeVekeyZingoneFilippo Romano,Salvatore Ganduscio and Gaetano Zingone.Cracked Nonlinear Mason

10、ry Stability under Vertical and Lateral Loads,Journal of Structural Engineering,ASCE,1993(1)刘桂秋等.砌体受压应力应变关系.现代砌体结构.中国建筑工业出版社.2000年（2000年重庆砌体会议论文集）N.Contaldo全曲线第21页/共54页多项式同一表达式Turnsek V,Cacovic F.Some Experimental Results on the Strength of Brick Masonry Walls.Proceedings of the 2IBMaC.1971Turnsek 和

11、 Cacovic 公式Arnold W.Hendry.Structural Brickwork.1981Hodgkinson H R,Davies S.The Stress/Strain Relationship of Brickwork when Stressed in Direction other than Normal to the Bed Face.Proceedings of the the 6IBMaC.Rome:1982A Madan et al公式A Madan and others.Modeling of Masonry lnfill Panels for Structur

12、al Analysis.ASCE.1997(10)第22页/共54页多项式（有理式）分段式刘桂秋施楚贤公式朱伯龙公式B.P.Shing沈 公式P.B.Shing,M.Schuller and Hoskere.In-plane Resistance of Reinforced Masonry Shear Wall，Journal ofStructural Engineering,ASCE 1990(3)第23页/共54页直线式分段式Atkinson和Yan公式R.Wang,A.E.Elwi and M.A.Hatzinikolas.Numerical Simulation of Tall Mas

13、onry Cavity Walls Tested under Eccentric Loading,Seventh Canadian Masonry Symposium,1995,6 pp47第24页/共54页4.4 应力应变曲线上几个重要参数0 max(fm)ult教材刘桂秋等.砌体受压应力应变关系.现代砌体结构.中国建筑工业出版社.2000年（2000年重庆砌体会议论文集）第25页/共54页5 弹性模量与波松比5.1 弹性模量原点切线模量（弹性模量）割线模量切线模量?对于砖砌体，当受压应力为砌体抗压强度平均值的43%时，经反复加卸载5次的应力应变曲线变为直线。规范取0.43fm时的割线模量为

14、弹性模量。第26页/共54页第27页/共54页5.2 波松比 砌体受压(拉)时，其横向应变和纵向应变之比称为砌体的泊松比。砌体在结构正常使用阶段的应力使用下 ，可取，0.15。CIB58也建议采用此值。第28页/共54页6 砌体沿通缝截面强度 砌体沿通缝截面抗剪强度 （双剪强度）。我国规范依据砌体基本力学性能试验方法标准GBJ 129-90，通过试验来确定的。第29页/共54页6.1 影响砌体沿通缝截面强度的因素6.2 砌体沿通缝截面强度平均值在施工质量严格按照施工验收规范操作时，砌体沿通缝截面抗剪强度平均值与砂浆强度等级的关系为：k5，对烧结普通砖、烧结多孔砖砌体取0.125；对蒸压灰砂砖、

15、蒸压粉煤灰砖砌体取0.09；对混凝土小型空心砌块砌体取0.069。砂浆强度等级砖砌筑时含水率砖的截面特性（孔洞）灰缝饱满度砌筑后压重：第30页/共54页7、破坏准则 几乎所有砌体墙都承受平面内荷载作用，如剪力墙、框架填充墙、墙梁等。破坏准则就是要得到砌体破坏时，n、p、之间的关系。砌体是由砖、水平灰缝和竖向灰缝组成的非匀质材料，均有明显的方向性，为各向正交异性材料。砌体的破坏有可能只在灰缝中发生，也可能在灰缝和块体中同时发生。7.1 砌体墙的特性第31页/共54页7.2 破坏准则修正的Mohr-Coulomb准则灰缝中剪应力达到了剪切强度，灰缝发生滑移。可用Mohr-Coulomb（剪摩）公式

16、表示：图a：p（拉）n、c图b：p（压）n 、cU.Andreaus.FAILURE CRITERIA FOR MASONRY PANELS UNDER IN-PLANE LOADING.JOURNAL OF STRUCTURAL ENGINEERING/JANUARY 1996ce与p有关第32页/共54页最大拉应变准则（Saint Venant）线弹性材料最大主拉应变达到破坏允许应变时，劈裂发生在主拉应变方向。主拉应变大小及方向：破坏准则：第33页/共54页最大压应力准则（Navier）最小主应力（压应力）决定材料破坏（由于横向变形的影响，墙中部砌体沿平面外散开）主压应力：破坏准则：为了安

17、全起见，忽略两向应力的相互作用 第34页/共54页7.3 破坏准则的另一种表示方式 MASONRY FAILURE CRITERION UNDER BIAXIAL STRESS STATEBy C.A.Syrmakezis and P.G.AsterisJOURNAL OF MATERIALS IN CIVIL ENGINEERING/JANUARY/FEBRUARY 2001Tsai et al.1971;Wu 1972;Jiang and Tennyson 1989提出的表达式推导而来。第35页/共54页8 破坏模式8.1 三种基本破坏模式 0的特殊情况：区域A（对数屈服面），Mohr-C

18、oulomb滑移模式（slipping mode）；区域B（椭圆双曲面），Saint Venant劈裂模式（splitting mode）；区域C（椭圆锥面），Navier压溃模式（spalling mode）。第36页/共54页8.2 Mohr-Coulomb滑移模式（slipping mode）滑移模式特点：裂缝沿水平、竖向或水平和竖向灰缝第37页/共54页8.3 Saint Venant劈裂模式（splitting mode）劈裂模式特点：裂缝灰缝和砖第38页/共54页8.4 Navier压溃模式（spalling mode）压溃模式特点：墙板中部分开第39页/共54页9 本构关系9.1

19、 各向正交异性表达式（等效体积单元RVE representative volume element）弹性模量可以通过3 种不同的特定位移边界条件下的应力 应变关系曲线得到：刘振宇，叶燎原，潘 文.等效体积单元(RVE)在砌体有限元分析中的应用.工程力学.第20 卷第2 期2003 年 4 月第40页/共54页9.2 塑性（全量表达式）砖砌体应力应变曲线C-C（相应于spalling mode）式中，f、e分别为应力、应变的绝对值；fm破坏应力（强度）；em峰值应力相应的应变 Krishna Naraine and Sachchidanand Sinha.STRESS-STRAIN CURVE

20、S FOR BRICK MASONRY IN BIAXIAL COMPRESSION.Journal of Structural Engineering,Vol.118,No.6,June,1992.第41页/共54页砖砌体应力应变曲线T-T（相应于splitting mode）Chapter6:FE Modelling of Masonry Shear第42页/共54页砖砌体应力应变曲线T-C（暂无）第43页/共54页9.3 塑性（增量表达式）借鉴混凝土Darwin 模式Darwin D，Pecknold DA.Nonlinear Biaxial Stress-strain Law for

21、Concrete.ASCE,1977,103(EM2)第44页/共54页9.4 两类本构模型整体式模型(macro modeling)前述模型均为整体式模型。将砌体视为均匀连续体；不考虑块体与砂浆间的相互作用，视砌体为均匀各向同性(或各向异性)连续体。根据砌体名义(平均)应力应变建立本构方程；材料参数通过足够大试件的力学试验获得砌体沿材料主轴的拉、压强度、非线 性及各种应力状态下性能；寻找合理的基于基本单元的匀质化方法(homogenization approach)，以描述其 几何特征和力学特点。LOURENCO P B，ROTS J G，BLAAUWENDRAAD J.Continuum

22、model for masonry:parameter estimation and validation J .J Struct Engrg，SCE,1998,124(6):642-652.ZUCCHINI A,LOURENCO P B.A Micro-mechanical model for the homogenisation of masonry J .International Journal of Solids and Structures,2002,39:3233-3255.ANTHOINE A.Derivation of the in-plane elastic charact

23、eristic of masonry through homogenization theory J .Int J Solids Structures,1995,32(2)（评述）LUCIANO R,SACCO E.Variational methods for the homogenization of periodic heterogeneous media J .Eur J Mech A/Solids,1998,17(4):599-617.（评述）第45页/共54页分离式模型(micro modeling)视砌体为复合材料，块体与砂浆分别建模，砂浆离散于模型中，二者间通过联结单元连接，揭

24、示块体与砂浆的相互作用机理。属于微观力学或细观力学的研究方法。根据单轴及双轴试验研究确定块体、砂浆的抗压强度及力学参数；根据灰缝的直剪和抗压试验，为建立块体及砂浆连接模型。PAGE A W.Finite element model for masonry J .J Struct Engrg,ASCE,1978,104(8):1267-1285.LOURENCO P B,ROTS J G.Multi surface interface model for analysis of masonry structures J .J Engrg Mech,ASCE,1997,123(7):660-668

25、.LOTFI H R,SHING P B.Interface model applied to fracture of masonry structures J .J Struct Engrg,ASCE,1994,120(1):63-80.第46页/共54页10 受剪构件（剪力墙）抗剪强度fv10.1 影响抗剪承载力的因素砌体房屋在地震作用下，墙体承受竖向和水平荷载共同作用。f1、f2f2fv0f1、f2fmfv垂直压应力0施工质量试验方法影响规范中公式取值。第47页/共54页高宽比相当于混凝土结构中的剪跨比。梁建国，张望喜，郑勇强.钢筋混凝土砖砌体组合墙抗震性能.建筑结构学报，2003年第3

26、期 冯建国，巴荣光，傅书麟.无筋砌体的抗震剪切强度.西安冶金建筑学院学报.1985年第1期 巴荣光.无筋和配筋砌体抗剪强度的计算.建筑结构学报.1985年第6期第48页/共54页翼缘的影响 四川的形、T形和矩形足尺墙片试验的结果见表，即形截面比矩形截面抗剪强度提高17.5%；T形截面比矩形截面提高10。如果有效计算翼缘宽度更大时，其差值将会更大。巴荣光.无筋和配筋砌体抗剪强度的计算.建筑结构学报.1985年第6期第49页/共54页骆万康，朱希诚，廖春盛.砌体抗剪强度研究的回顾与新的计算方法.重庆建筑大学学报.第17卷第4期1995年12月骆万康，李锡军.砖砌体剪压复合受力动、静力特性与抗剪强度

27、公式 重庆建筑大学学报.第22卷第4期2000年8月10.2 承载力计算公式建立在剪摩理论基础上的公式GBJ3-88砖石结构设计规范抗震设计研究组.无筋墙体的抗震剪切强度.建筑结构学报，1984年第6期BS5628(标准值，比GBJ3-88取值高）(平均值，按我国变异系数换算，平均值1.49标准值2.38平均值）MSJC三式取小值GB50003 当G=1.2时 当G=1.35时 评价：1、一般房屋0较小，剪摩破坏；2、设计时，砂浆强度不宜太高；3、能解释砂浆强度为0、开裂后 仍能承载现象；4、但0较大时估值过高。第50页/共54页建立在主拉理论基础上的公式GB50011墙体截面中部的最大主拉应

28、力达到砌体抗拉强度（抗剪强度）时，即认为墙体破坏，加上截面剪应力不均匀系数1.2便得到主拉公式。评价：1、我国现有砂浆强度相对块材强度较高，震害中有砖开裂；2、我国砌体房屋较美国高，竖向压力较大；3、取值依照开裂荷载确定，较剪摩公式小；4、经历了多次地震震害考验；5、不能解释砂浆强度为0、开裂后仍能承载现象。第51页/共54页10.3 存在问题（1）同一个问题，不同的计算表达式，如GB50003与GB50011；（2）对构件截面形式和截面尺寸，尤其是高宽比未作考虑；（3）剪摩公式和主拉公式都是片面反应墙体的破坏特征；蔡勇，施楚贤.砌体在剪一压作用下抗剪强研究.建筑结构学报.第25卷第5期 2004年10月（4）微元体的强度与构件强度概念混淆。第52页/共54页思考？砌体受压破坏机理及其存在的问题？砌体应力应变曲线有哪些？各有何优缺点？平面应力作用下，砌体的破坏准则有哪些？特点？第53页/共54页感谢您的观看！第54页/共54页