砌体结构教学课件.ppt

砌体结构,湖南理工学院土建学院 童小龙,2012.03,绪 论,砌 体 结 构,万里长城,金字塔,大雁塔,德国墨尼黑艺术博物馆,又名安济桥，位于河北省赵县。 公元590608年石匠李春所建， 是世界上现存最早、跨度最大的 空腹单孔圆弧石拱桥。 桥长50.82m，净跨30.02m，拱圈 矢高7.23m，宽9.6m。 在桥两端的石拱上，辟有两个券 洞，这种结构叫“敞肩拱”，是世 界桥梁中的首创。,赵 州 桥,一、砌体结构,1973年 1988年 2001年 2011年 （缺图）,砌体结构相关标准 gb50003-2011砌体结构设计规范 gb_50203-2011_砌体结构工程施工质量验收规范 dgtj08-021-2005 砌体工程施工规程 gbt 50315-2011 砌体工程现场检测技术标准 cecs 281-2010 自承重砌体墙技术规程 dgtj08-2006-2006 配筋混凝土小型空心砌块砌体建筑 技术规程 jgjt 201-2010 石膏砌块砌体技术规程 g329-2 建筑物抗震构造详图(多层砌体房屋和底部框架砌体房屋) l10j125 蒸压加气混凝土砌块构造详图,砌体材料标准 gb 175-2007通用硅酸盐水泥 gb 5101-2003烧结普通砖 gb 13544-2011 烧结多孔砖和多孔砌块 gb 25779-2010 承重混凝土多孔砖 gb 26538-2011 烧结保温砖和保温砌块 gb 26541-2011 蒸压粉煤灰多孔砖 jct 637-2009 蒸压灰砂多孔砖 jct 698-2010 石膏砌块 jct 2038-2010 型高强石膏 jct 829-2010 石膏空心条板 gbt 14684-2011 建设用砂 gbt 50129-2011 砌体基本力学性能试验方法标准 jgjt 98-2010 砌筑砂浆配合比设计规程 gb 8624-2006 建筑材料及制品燃烧性能分级,砌体：把块材（砖、砌块、石材等）和 砂浆通过砌筑而成的结构材料 砌体结构：由块材和砂浆砌筑而成的结构 体系，墙、柱为主要受力构件,砖的生产：西周（前1134前771） 统一粘土砖规格：1952年 配筋砌体的应用：20世纪60年代 轻质、高强块材的应用：20世纪80年代,砌体结构发展概况,二、结构特点 1、主要优点： 取材方便、造价低； 具有良好的耐火性及耐久性； 具有良好保温、隔热、隔声性能； 施工简单； 抗压强度大于抗拉强度、抗剪强度,矩形截面不产生拉应力的条件： 即 若n=0，受地震作用,无筋砌体的特性： 墙体抗压性能较好，抗拉性能较差。,减小拉应力的结构型式,减小拉应力的结构型式,减小拉应力的结构型式,板块,减小拉应力的结构型式,拱式结构 结构力学知识,2、主要缺点： 抗拉、抗弯、抗剪低，抗震性能较差； 结构强度低，自重大，整体性差； 施工质量不易控制； 资源浪费, 砌体结构抗压承载力较高，适用于受压构件 如:混合结构房屋中的竖向承重构件（墙和柱） 砌体结构抗弯、抗拉性能较差，一般不宜作为 受拉或受弯构件,3、发展趋势： 发展轻质高强的块材和高强度砂浆 薄壁大型砌块 节能、低耗能墙体 利用工业废料发展砼小型砌块 采用大型墙板结构部分代替砌体结构(内、外墙) 加强配筋砌体结构的研究和应用 鉴定与加固,第二章 砌体材料及其力学性能,1.1 材料强度等级,1、砖（brick） 按抗压强度，分为 mu30、 mu25、mu20、mu15、 mu10五个等级。 烧结普通砖、烧结多孔砖、 蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖,烧结普通砖： 烧结普通砖简称普通砖，指以黏土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料，经过焙烧而成的实心砖，分烧结黏土砖、烧结页岩砖、烧结煤矸石砖、烧结粉煤灰砖等。 原料：粘土、煤矸石、页岩或粉煤灰 标准砖尺寸：24011553 mm 墙体尺寸：（120）、 240、 370、490、620 mm 适用范围： 房屋上部及地下基础等部位,烧结多孔砖： 简称多孔砖，是指以黏土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成的具有竖向孔洞，且孔洞率不小于25的砖。 具有水平孔洞者称为烧结空心砖，用于非承重隔墙。,原料同烧结砖但孔洞率不小于25% 承重多孔砖目前主要采用p型砖（24011590）和m型砖（19019090） 多孔砖优点：可节约粘土、减少砂浆用量、提高工效、节省墙体造价；可减轻块体自重、增强墙体抗震性能 适用范围： 房屋上部结构（不宜用于 冻胀地区地下部位）,kp1型烧结多孔砖 尺寸：240x115x90（mm）,蒸压硅酸盐砖 ：,(1)蒸压灰砂砖 原料：石灰和砂 尺寸：烧结普通砖 适用范围同蒸压粉煤灰砖,(2)蒸压粉煤灰砖 原料：粉煤灰和石灰加适量石膏及集料 适用范围：不得用于长期受热200以上、受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位，mu15和mu15以上的蒸压灰砂砖可用于基础及其他建筑部位，蒸压粉煤灰砖用于基础或用于受冻融和干湿交替作用的建筑部位必须使用一等砖。,2、砌块（block） 分为小型、中型、大型三类，最常用的是混凝土 小型砌块。 普通混凝土小型空心砌块 mu20、mu15、mu10、mu7.5、mu5 、mu3.5六个等级。 轻骨料混凝土小型空心砌块 mu10、mu7.5、mu5 、mu3.5、 mu2.5 、mu1.5六个等级。,加气混凝土砌块 长度：600 高度：200、250、300 宽度：200、125、150、200、250、300,高度在180350mm小型砌块，高度在350900mm之间中型砌块，高度大于900mm大型砌块受起重设备限制，中、大型砌块已很少应用。 主要有混凝土空心砌块、加气混凝土砌块、水泥炉渣空心砌块、粉煤灰硅酸盐砌块。,单排孔混凝土小型空心砌块,3、石材（stone） 花岗岩、砂岩、石灰岩等 强度等级共分七级： mu100、mu80、mu60、mu50、mu40、mu30、mu20。,分类：（按容重）重质岩石、轻质岩石 （按其加工后的外形规则程度） 可分为料石和毛石,料石 细料石、半细料石、粗料石、毛料石 毛石 形状不规则，中部厚度不应小于 200mm的石材。,石材的规格尺寸,4、砂浆,由无机胶结料、细骨料、水组成，胶结料有水泥、石灰、石膏等。,砂浆强度等级采用70.7立方毫米的试块测得。 分为m15、m10、m7.5、m5、m2.5五个等级。,砂浆作用： （1）将单个的块体粘结成整体、促使构 件应力分布均匀； （2）填实块体之间的缝隙，提高砌体的 保温和防水性能，增强墙体抗冻性能,1. 砂浆分类 (1)水泥砂浆(2)混合砂浆 (3)砌筑专用砂浆(4)非水泥砂浆 （石灰、粘土砂浆） 2. 砂浆性能 (1) 强度(2) 流动性 (可塑性)(3) 保水性,砂浆搅拌机,砂浆性能对照表,5、混凝土小型空心砌块砌筑砂浆和灌孔混凝土,灌浆方法（高位、低位法）,混凝土小型空心砌块砌筑砂浆,混凝土小型空心砌块灌孔混凝土,强度分级：块体 （符号 mu） 普通砂浆（符号 m） 砌块灌孔混凝土（符号 mb）,砌体材料的强度等级 单位,一、无筋砌体,2-3 砌体的分类、应用,1、砖砌体 墙体尺寸：240mm（一砖）、370mm（一砖半）、 490mm（二砖）、620mm（二砖半） 2、砌块砌体 砌筑应选用配套砌块先排块后施工 建筑机械化、加快建设速度、减轻结构自重 我国目前使用最多的是混凝土小型空心砌块砌体 3、石砌体 因地制宜，在产石地区适用 类型：料石砌体、毛石砌体和毛石混凝土砌体,二、配筋砌体,1、横向配筋砖砌体 以限制构件在压力作用下的横向变形 提高轴心抗压承载力,2、组合砖砌体,使竖向和水平钢筋与砌体形成共同工作的整体 主要用于中高层或高层房屋中起剪力墙作用,3、配筋砼砌块砌体（配筋砌块剪力墙）,2-4 砌体受压性能,一、砌体受压试验研究,1、普通粘土砖砌体轴压试验,第一阶段 ： 从开始受压到个别单砖出现裂缝,单砖出现第一条裂缝，达5070 极限荷载,不继续加载，单砖裂缝不发展,第二阶段 单砖内裂缝不断发展，并沿竖向 通过若干块砖，在砌体内逐渐连 接成一段段裂缝,增载至8090极限荷载时，不继续增加荷载，裂缝仍继续发展,破坏征兆,第三阶段 砌体中裂缝加长加宽，并连成几 条贯通的裂缝，将砌体分割成几 个半砖小柱体,各小柱体受力极不均匀，个别 砖可能被压碎或小柱体失稳导 致砌体完全破坏,2、受压破坏特点,砌体抗压强度低于砖抗压强度,独立小柱局部受压、失稳使砌体破 坏，砖抗压强度未充分利用,标准试验法确定砖抗压强度,受压破坏从单砖出现裂缝开始,二、单砖受力状态,1、单砖处于压、弯、剪复合受力状态,2、砖承受水平拉应力,3、竖向灰缝处应力集中,三、砌体抗压强度影响因素,1、块材强度、外形尺寸,2、砂浆强度,3、砂浆变形性能,4、砂浆流动性、保水性,5、施工砌筑质量,水平灰缝均匀饱满度,灰缝厚度,砖含水率,块材搭接方式,砖砌体灰缝厚度一般应控制在812mm 砌体工程施工质量验收规范gb50203-2002规定，水平灰缝的砂浆饱满度不得小于80%，并根据质保体系、砂浆强度、混凝土强度、砌筑工人技术等综合水平将施工技术水平划分为a、b、c三个等级。 a级施工质量，砌体强度设计值提高5%， b级施工质量，砌体强度设计值按表采用， c级施工质量，砌体强度设计值应降低。,四、砌体抗压强度平均值 fm,f1 ：块材抗压强度平均值（mpa）,f2 ：砂浆抗压强度平均值（mpa）,k1 、 ：块材相关影响系数,k2 ：砂浆强度影响系数,单排孔混凝土砌块对孔砌筑时，灌孔砌体的抗压强度设计值：,fg,m灌孔砌体的强度设计值；fm未灌孔砌体的抗压强度设计值；fcu,m灌孔混凝土的轴心抗压强度设计值； 为砌块砌体中混凝土灌孔混凝土面积和砌体毛面积的比值； 为混凝土砌块的孔洞率；,为混凝土砌块的灌孔率，不应小于33%,2-5 砌体抗拉、抗弯、抗剪性能,一、砌体抗拉性能,1、砌体轴拉破坏特点：,沿齿缝截面破坏,抗拉承载力取决于 水平灰缝的切向粘结力,沿块材破坏,抗拉承载力取决于 块材抗拉强度,沿水平通缝破坏,2、砌体轴心抗拉强度 平均值(mpa)：,沿齿缝破坏,f2 ：砂浆抗压强度平均值,k3 ：砌体种类影响系数,砌体的轴心受拉 实例,二、砌体抗弯性能,1、砌体受弯破坏形态：,沿齿缝破坏,沿块材及竖缝破坏,沿通缝破坏,2、砌体弯曲抗拉强度平均值(mpa)：,三、砌体抗剪性能,1、砌体受剪破坏形态：,沿水平灰缝剪坏,沿齿缝剪坏,沿阶梯形缝剪坏,2、砌体抗剪强度平均值：,1、砌体受剪破坏特征,剪摩破坏,剪压破坏,斜压破坏,砌体的受剪破坏,2、砌体抗剪强度的影响因素,（1）、砌体材料强度 （2）、垂直压应力 （3）、砌体工程施工质量 （4）、试验方法,垂直压应力对砌体抗剪强度的影响,3、砌体抗剪强度表达式,砌体的抗剪强度平均值,1.3 砌体的局部受压性能,砌体的局部受压应力 (a)局部均匀受压 (b)局部不均匀受压,局部受压分类 局部均匀受压 局部不均匀受压 局部受压的处理措施 提高砌体局部受压处强度； 采用刚性垫块； 采用柔性垫梁；,1、砌体局部受压破坏特征,砌体局部受压破坏 (a)竖向裂缝发展而破坏 (b) 劈裂破坏 (c) 垫板直接接触处局压破坏,2、局部受压的工作机理, 力的扩散作用 套箍强化作用 局部受压承载力与全截面受压相比有明显提高,力的扩散作用图,均匀局部受压的应力分布,2-6 砌体变形性能,一、短期荷载-曲线,1、砌体轴压试验曲线：,试 件 量 测 结 果,2、本构模型：,：弹性特征值,n ：常数 取1或略大于1,fm ：砌体抗压强度平均值,二、长期荷载作用,1、徐变,2、影响因素,应力大小,龄期,砌体种类,三、砌体变形模量,1、切线模量et ：,a,2、初始弹性模量e0 ：,3、割线模量eb ：,取 0.43 fm 割线模量为弹性模量e,四、剪切模量g,四川省建科院试验：砖砌体 = 0.10.2 砌块砌体 = 0.3 规范: 取 = 0.25 g = 0.4e,五、线膨胀系数t,六、收缩率,七、摩擦系数,二、砌体结构设计方法的历史,二、砌体结构设计方法的历史 1. 许可应力设计法,以轴压短构件为例,根据经验提出的一个总安全系数,我国在解放前时使用此法，目前欧美某些国家仍用这一表达式,二、砌体结构设计方法的历史 2. 破坏阶段设计法,以轴压短构件为例,根据经验提出的一个总安全系数,不是以截面最大应力作为衡量截面承载力的标准，而是在考虑截面应力重分布后，以全截面承载力为标准,我国在解放前初期按前苏联砖石规范的表达式,二、砌体结构设计方法的历史 3. 三系数表达的极限状态设计法,以轴压短构件为例,超载系数（荷载系数）,荷载标准值产生的轴力,结构实际工作条件系数，考虑构件及材料在不同工作条件下能够充分发挥作用的程度,砌体抗压强度标准值,材料系数,1956年后，我国砌体结构按前苏联55年的规范的表达式,二、砌体结构设计方法的历史 3. 三系数表达的极限状态设计法,二、砌体结构设计方法的历史 3. 多系数分析总安全系数表达的极限状态设计法,总安全系数（不是经验取值）,平均强度,以轴压短构件为例,1973年，我国自行编制的第一部砖石结构规范（gbj3-73）的表达式,二、砌体结构设计方法的历史 3. 多系数分析总安全系数表达的极限状态设计法,砌体强度变异系数：抗压1.5，抗弯、拉、剪：1.65,缺乏系统试验对砌体强度变异性的影响系数1.15,砌筑质量影响系数1.1,构件尺寸偏差影响系数1.1,荷载变异影响系数1.2,组合系数1.2,对于轴压,二、砌体结构设计方法的历史 4. 1998年以分项系数表达的极限状态设计法,承载能力极限状态,正常使用极限状态,砌体结构中，对墙及柱而言以承载能力极限状态为主,二、砌体结构设计方法的历史 4. 1998年以分项系数表达的极限状态设计法,结构重要性