二讲砌体基本力学性能PPT课件.ppt

第二讲砌体基本力学性能 1 受压破坏机理2 影响抗压强度的因素3 砌体抗压强度4 应力应变曲线5 弹性模量与波松比6 抗剪强度 抗拉 弯强度7 破坏准则8 破坏模式 破坏机理 9 本构关系10 受剪构件 剪力墙 承载力 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 2 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 3 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 4 2影响砌体抗压强度的因素2 1内因2 1 1f1 f2 f1 f2 fm f1一定时 f2太高 不好 见教材 BIATN8B 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 5 2 1 2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 h fm b l fm fm 原建筑工程部建筑研究院公式 实心砖 未考虑b 6 2 1 3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 对水泥砂浆砖 多孔砖 砌体 强度降低10 7 2 1 4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 240 370 720mm 砖 多孔砖 三皮高 中间带竖缝 砌块 ASTMC1314 03bStandardTestMethodforCompressiveStrengthofMasonryPrisms 8 2 1 6龄期 2 1 7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 9 2 2外因2 2 1水平灰缝饱满度 f 上式中当 f 0 73时 f 1 0 砌体工程施工质量验收规范GB50203 2002 f 80 2 2 2砖砌筑时的含水率 w GB50203 2002 普通砖 多孔砖应提前1 2d浇水湿润 含水率宜为10 15 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 10 2 2 3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 11 2 2 4砌筑方法2 2 5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 1 1 0 0 9 12 3砌体抗压强度3 1Francis公式Francis A J Horman C B andJerrems L E Theeffectofjointthicknessandotherfactorsonthecompressivestrengthofbrickwork Proc ofthe2ndInt BrickMasonryConf Stoke on Trent 1971 pp31 37 xb xm zb zm 13 3 2Hilsdorf公式是Francis公式的一个变换 砌体中竖向压应力不均匀 砂浆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 14 奥尼西克 砖石结构的研究 M 北京 科学出版社 1995 3 3 公式 原苏联规范一直采用的经验公式 15 3 4Grimm公式 GrimmC T StrengthandRelatedPropertiesofBrickMasonry ProceedingsASCE StructuralDivision Vol 101 No ST1 1975 1 美国试验基础上的经验公式 16 3 5BS5628和ISO TC179 经验公式 0 4 0 7 0 3 简单 但f2 0时 f 0 与实际不符 17 3 6我国规范公式 GB5003 2001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3 5 与块体高度及砌体类别有关的参数 见表3 5 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 18 应力应变曲线4 1试验装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 19 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 20 4 3常见应力应变曲线4 3 1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 KrishnaNaraine SachchidanandSinha BehaviorofBrickMasonryunderCyclicCompressiveLoading JournalofConstructionEngineeringandManagement ASCE 1989 5 21 4 3 2指数型 只有上升段 ScottMcNary和Alrams Ahmadetal Sinha和DeVekey Zingone FilippoRomano SalvatoreGanduscioandGaetanoZingone CrackedNonlinearMasonryStabilityunderVerticalandLateralLoads JournalofStructuralEngineering 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 22 4 3 3多项式 同一表达式 TurnsekV CacovicF SomeExperimentalResultsontheStrengthofBrickMasonryWalls Proceedingsofthe2IBMaC 1971 Turnsek和Cacovic公式 ArnoldW Hendry StructuralBrickwork 1981HodgkinsonHR DaviesS TheStress StrainRelationshipofBrickworkwhenStressedinDirectionotherthanNormaltotheBedFace Proceedingsofthethe6IBMaC Rome 1982 AMadanetal公式 AMadanandothers ModelingofMasonrylnfillPanelsforStructuralAnalysis ASCE 1997 10 23 4 3 4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 SchullerandHoskere In planeResistanceofReinforcedMasonryShearWall JournalofStructuralEngineering ASCE 1990 3 24 4 3 5直线式 分段式 Atkinson和Yan公式 R Wang A E ElwiandM A Hatzinikolas NumericalSimulationofTallMasonryCavityWallsTestedunderEccentricLoading SeventhCanadianMasonrySymposium 1995 6pp4 7 25 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 26 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时的割线模量为弹性模量 27 29 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 30 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 GBJ129 90 通过试验来确定的 31 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 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 32 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 33 7 2破坏准则 7 2 1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 公式表示 图a p 拉 n c 图b p 压 n c U Andreaus FAILURECRITERIAFORMASONRYPANELSUNDERIN PLANELOADING JOURNALOFSTRUCTURALENGINEERING JANUARY1996 ce与 p有关 34 7 2 2最大拉应变准则 SaintVenant 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 35 7 2 3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 为了安全起见 忽略两向应力的相互作用 36 7 3破坏准则的另一种表示方式 MASONRYFAILURECRITERIONUNDERBIAXIALSTRESSSTATEByC A SyrmakezisandP G AsterisJOURNALOFMATERIALSINCIVILENGINEERING JANUARY FEBRUARY2001 Tsaietal 1971 Wu1972 JiangandTennyson1989提出的表达式推导而来 37 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 Coulomb滑移模式 slippingmode 区域B 椭圆双曲面 SaintVenant劈裂模式 splittingmode 区域C 椭圆锥面 Navier压溃模式 spallingmode 38 8 2Mohr Coulomb滑移模式 slippingmode 滑移模式特点 裂缝沿水平 竖向或水平和竖向灰缝 39 8 3SaintVenant劈裂模式 splittingmode 劈裂模式特点 裂缝灰缝和砖 40 8 4Navier压溃模式 spallingmode 压溃模式特点 墙板中部分开 41 9本构关系 9 1各向正交异性表达式 等效体积单元RVErepresentativevolumeelement 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 42 9 2塑性 全量表达式 9 2 1砖砌体应力应变曲线C C 相应于spallingmode 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 KrishnaNaraineandSachchidanandSinha STRESS STRAINCURVESFORBRICKMASONRYINBIAXIALCOMPRESSION JournalofStructuralEngineering Vol 118 No 6 June 1992 43 9 2 2砖砌体应力应变曲线T T 相应于splittingmode Chapter6 FEModellingofMasonryShear 44 9 2 3砖砌体应力应变曲线T C 暂无 45 9 3塑性 增量表达式 借鉴混凝土Darwin模式 DarwinD PecknoldDA NonlinearBiaxialStress strainLawforConcrete ASCE 1977 103 EM2 46 9 4两类本构模型 9 4 1整体式模型 macromodeling 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 homogenizationapproach 以描述其几何特征和力学特点 LOURENCOPB ROTSJG BLAAUWENDRAADJ Continuummodelformasonry parameterestimationandvalidation J JStructEngrg SCE 1998 124 6 642 652 ZUCCHINIA LOURENCOPB AMicro mechanicalmodelforthehomogenisationofmasonry J InternationalJournalofSolidsandStructures 2002 39 3233 3255 ANTHOINEA Derivationofthein planeelasticcharacteristicofmasonrythroughhomogenizationtheory J IntJSolidsStructures 1995 32 2 评述 LUCIANOR SACCOE Variationalmethodsforthehomogenizationofperiodicheterogeneousmedia J EurJMechA Solids 1998 17 4 599 617 评述 47 9 4 2分离式模型 micromodeling 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 PAGEAW Finiteelementmodelformasonry J JStructEngrg ASCE 1978 104 8 1267 1285 LOURENCOPB ROTSJG Multisurfaceinterfacemodelforanalysisofmasonrystructures J JEngrgMech ASCE 1997 123 7 660 668 LOTFIHR SHINGPB Interfacemodelappliedtofractureofmasonrystructures J JStructEngrg ASCE 1994 120 1 63 80 48 10受剪构件 剪力墙 抗剪强度fv 10 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 10 1 1f1 f2 f2 fv0 f1 f2 fm fv 10 1 2垂直压应力 0 10 1 3施工质量 10 1 4试验方法 影响规范中公式取值 49 10 1 5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 50 10 1 6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