混凝土多孔砖砌体材料抗剪性能试验研究.pdf
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1、第 1 4 卷第 1 期 2 01 1年 2月 建筑材料学报 J 0URNAL OF BUI LDI NG MATE RI ALS V0 l _ 1 4。 No 1 Fe b, 2 O11 文章编号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 9 8 0 8 混凝土 多孔砖砌体材料抗 剪性能试验研 究 李 翔 , 陈贡联 , 马俊元 , 顾祥林 ( 同济大学 建筑工程系 , 上海 2 0 0 0 9 2 ) 摘 要 : 通 过试验 , 系统研 究 了混凝 土 多孔 砖 的抗 剪性 能 , 提 出了混凝土 多孔砖 砌 体材 料抗 剪 强度 的 计算 方法 , 给
2、出了灰 缝 的 剪 应 力一 剪 应 变本 构 关 系计 算模 型 , 为 制 定 混凝 土 砖 建 筑技 术 规 范 ( C E C S 2 5 7 : 2 0 0 9 ) 提供 了支持 结 果表 明 : 混 凝 土 多孔砖 砌 体 的 抗 剪 强 度 大 于 同等 级 下 普 通 砖 砌 体; 抗剪强度随块型的不 同而有少许差别; 有初 始压应 力混凝 土多孔砖砌体 的抗剪强度较无初始 压应 力的 小 ; 有加 栽 历 史砖 砌体 的抗 剪 强度较 无加 载历 史的 大 ; 压 一 剪复 合作 用 下混凝 土 多孔砖 砌 体抗 剪强 度在 一定 范 围 内符合 Mo h r C o u l
3、 o mb准则 ; 灰 缝 剪 应 力一 剪 应 变 曲线 的初 始 斜 率较 大 , 当 接近破 坏 应 力时 , 应 变迅 速增 大 , 曲线接 近水 平 关键 词 :混凝 土 多孔砖 ; 砌 体 ;抗 剪性 能 中 图分类 号 : TU3 6 2 文献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 1 0 1 0 2 0 Ex p e r i m e nt a l S t u d y o f S h e a r Pr o p e r t i e s o f Pe r f o r a t e d Co n c r e
4、 t e Br i c k M a s o n r y M a t e r i a l s LI Xi a n g, CHEN Go n g l i a n, MA J u n y u a n, GU Xi a n g l i n ( De p a r t me n t o f B u i l d i n g En g i n e e r i n g,To n g j i Un i v e r s i t y,S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ,Ch i n a ) Ab s t r a c t :Ba s e d o n s he a r t e s t s, t h
5、e s he a r be h a v i o r o f pe r f o r a t e d c o nc r e t e b r i c k ma s on r y ma t e r i a l s wa s s ys t e ma t i c a l l y s t ud i e d, a c a l c u l a t i o n e qu a t i o n f or t h e s h e a r s t r e ng t h o f t h e ma t e r i a l wa s de du c e d, a c on s t i t ut i ve mo d e 1 f
6、o r t h e mo r t a r j o i n t i n p e r f o r a t e d c o n c r e t e b r i c k ma s o n r y u n d e r s h e a r wa s p r o p o s e d, wh i c h p r o v i d e d t h e b a s i c r e f e r e nc e s f o r t he d e ve l o pme n t of“Te c hni c a l Sp e c i f i c a t i o ns f or Co nc r e t e Pe r f or a
7、 t e d Br i c k M a s o n r y Bu i l d i n g s ” ( CECS 2 5 7: 2 0 0 9 ) Th e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e s h e a r s t r e n g t h o f p e r f o r a t e d c o n c r e t e b r i c k ma s on r y i s hi gh e r t h a n t h a t o f f i r e d p e r f or a t e d br i c k ma s onr y wi t h
8、t he s a m e b r i c k a nd mor t a r s t r e ng t h Fo r t h e d i f f e r e nt t yp e o f b r i c ks t he s h e a r s t r e ng t h o f ma s on r y ma t e r i a l s a r e a l i t t l e bi t di f f e r e nt , t he s he a r s t r e ng t h o f t he ma s on r y wi t h i n i t i a l c o m p r e s s i v
9、e s t r e s s i n c on s t r u c t i o n i s l o we r t ha n t h a t o f t he m a s o nr y wi t h ou t i ni t i a l c o m p r e s s i v e s t r e s s, t h e s h e a r s t r e ng t h o f t he m a s o nr y wi t h l o a di ng hi s t o r y i s hi g he r t ha n t h a t of t h e m a s o nr y wi t ho ut l
10、oa di n g hi s t o r y, a nd t he s h e a r s t r e n gt h o f m a s o nr y un de r c o mpr e s s i on c a n be d e t e r mi n e d wi t h t he M o hr Co ul o mb c r i t e r i o n i n a c e r t a i n r a ng e The r e s ul t s a l s o i nd i c a t e t ha t t he i ni t i a l s l op o f t he s he a r s
11、t r e s s s he a r s t r a i n c ur v e i s bi g;wh e n t h e s t r e s s a pp r o a c h e s t he ul t i m a t e s t r e s s , t he s t r a i n i nc r e a s e s r a pi d l y, bu t t he s t r e s s i s a l mos t a c o ns t a n t Ke y wo r ds :c o nc r e t e pe r f o r a t e d b r i c k;ma s o nr y;s
12、he a r p r o p e r t y 混凝 土 多孔砖 是 以水 泥为胶 结材 料 , 以砂 、 石 等 为主要集料 , 加水搅拌 、 成型 、 养护制成的一种多排 孔的承重砖 , 系节能节地型的绿色建筑材料 研究混 凝土 多孔砖 砌 体 材料 的受 力 性 能 , 对 在建 筑 领 域 推 广应用新型结构墙体材料具有重要意义 砌体材料 的基 本力 学性 能 以受 压性 能与 受剪性 能 为 主 通 常 , 收稿 日期 : 2 0 1 0 0 4 2 9 ;修 订 日期 : 2 0 1 0 - 0 9 3 0 基金项 目: 中国工程建设标 准化协会科研项 目( C E C S 2 5
13、7 : 2 Q O 9 ) ; 上海市城乡建设和交通委员会科研项 目( 建管 2 0 0 9 0 0 1 0 0 2 ) 第一作者 : 李翔( 1 9 7 O ) , 男, 上海人 , 同济大学讲师 , 博士 E ma i l : L iXi a n g t o n g j i e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 李翔 , 等 : 混凝土多孑 L 砖砌体材料抗剪性 能试验研究 1 0 1 S I 5 一 E1
14、0 1 3 6 S I 9 E1 0 1 3 6 S I 5 一 E5 1 3 6 S I 9 一 E5 1 3 6 7 76 6 O1 7 61 7 43 图 3 肋部砂浆 的削弱 Fi g 3 W e a k pa r t of mor t ar b e t we e n r i bs 1 5 有 加载 历史 的试 件 有加载历史试件取 自轴压长柱试 验 的残余 试 件 , 与标 准 试 件 一样 , 破坏 呈 现 出脆 性 特 征 , 破 坏 前 没有 明显 的 预兆 经统 计 , 在 1 1 个 有 加 载历 史 的试 件 中 , 3个试 件 为双 面受剪 破 坏 , 8个试 件 为单
15、 面受 剪破坏 其破坏形态与标准试件类似 , 但是没有出现 铺浆面的整体破坏( 形态 I) , 大部分破 坏为砂浆层 断裂 破 坏 ( 形 态 I l1 ) , 也 出现 了坐 浆 面受剪 破坏 ( 形 态 H) 以及 块体 破坏 的现 象 ( 形态 ) 有加 载历史试件 的试验结果 如表 3所示 , 表 中试 件编 号以 L P 1 0 5 3为例 , L表 示本组试件 为长柱抗压 试验后从中取下的试件 , 3表示取 3 个试件平均值 , 其 余字符意义同表 1 与表 1中相应试件的试验结果相 比 , 由于前期 的抗压 试 验 将砂 浆 压 实 , 且 凝 结完 成 的 砂浆 截面削 弱较少
16、 , 截面 削弱 的幅度小 于砂浆 压实使 强度 提高 的比例 , 故有加载 历史试 件 的抗剪强 度平 均 值略高于标准试件, 其灰缝开裂剪应变一般大于标准 试件 , 而灰缝剪 切模量则小 于标准试 件 表 3混凝土 多孔砖砌体有加载历史试件受剪试验结果 T a b l e 3 Te s t r e s u l t s o f s p e c i me n s wi t h l o a d i n g h i s t o r y f MP a MP a f v MP a y 1 0 G MP a f v , l MP a G t MP a f l G G I 1 0 2 1 0 2 1 O
17、2 O 9 3 1 6压 剪 复合 受力试 件 压一 剪复合受力试件 的试验结果如表 4所示 , 表 中编号 S C 0 3 表 示 试 件 有 0 3 MP a侧 向压 应 力 的 作 用 , 其余 字符 意 义 同表 1 当侧 向压 应 力 水 平 较 低 时 , 压一 剪 复合 受力 试件 的破 坏形 态 与标 准试 件 类似 , 主要为沿通缝的剪摩破坏; 随着侧 向压应力水 平的增加 , 试件破坏形态将发生改变, 破坏时不仅灰 缝 开裂 , 而 且裂 缝会 斜 向伸人块 体 内部 , 试件 最 终发 生 脆性 破 坏 当 压 应 力 水 平 较 低 时 , 随 着 压 应 力 增 加
18、, 砌体抗剪强度不断增加 , 同时灰缝开裂剪应变随 压应力 的增加而增加 , 而剪切模量呈减小趋势 ; 压应 力水平较高时 , 抗剪强度会降低 2 混凝土 多孔砖砌体抗剪强度 2 1 多孔砖砌 体 抗剪 作 用机理 由上节的试验结果可知 , 混凝土多孔砖砌体 的 抗剪 强 度 由 两 部 分 组 成 , 即 非 销 键 部 分 抗 剪 强 度 -厂 v , 和销 键部 分抗 剪强 度 , , 由块 体 与砂浆 之 间 的黏结 强度决 定 , 这部 分 作用与块体材料及砂浆种类有关, 可以通 过混凝土 小型空心砌块砌体 的抗剪强度公式推导 用混凝土 小型空心砌块砌体 的抗剪强度除以砌块的净面积
19、即 可得 出 : f f 一 ( 1 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m i 0 2 建筑材料学报 第 1 4卷 S CO 3 一 El 0 3 S CO 6 E1 0 6 S CO 7 5 一 E1 0 3 S CO 9 一 E1 0 6 S C1 0 1 0 1 S C2 0 1 0 1 S C3 0 一 1 0 1 SC4 0 1 0 1 SC5 0 1 0 一 l SC6 0 1 0 1 1 45 1 57 1 65 0 8 3 0 27 0 0 8 1 0 7 0 3 9 0 9 3 0 i 0 式中: 厂 v 为混凝土小型空心砌块砌体的抗剪强度 ,
20、由 G B 5 0 0 3 -2 0 0 1 砌体结构设计规范 可取 0 0 6 9 为混 凝土 空心 砌 块 受剪 面上 孔 洞 部分 的 面积 率 , 取 0 47 将 和 P 的值代入式 ( 1 ) 后得到混凝 土多孔 砖砌体非销键部分抗剪强度计算公式 : f v 一 0 1 3 0 f 2 ( 2 ) 试验中发现并非所有销键都会对砌体抗剪强度 有贡 献 同时 , 销键 的破 坏模式 主要 有剪 切破 坏 和滑 移拔 出两 种 , 前 者对 砌 体 抗 剪 强度 的贡 献 明显 大 于 后者 因此 , 在 计算 时引 入一个 销键 剪切 破坏 贡 献 系 数 口 , 它反 映 了发 生
21、剪 切 破 坏 的销 键 对 砌 体 最 终 抗 剪强度的贡献程度 , 在数值上等于最终被剪坏的销 键 面积 ( 销 键 部 分 的作 用 面积 ) 与 销 键 部 分 总 面 积 ( 孔洞面积) 的比值 据试验统计, 在坐浆面上发生剪 切破坏的销键个数约为总销键数的一半 , 因此近似 取 J9 为 0 5 ; 而 对 于铺 浆 面 , 销 键 较 小且破 坏 时 均发 生 剪切 破坏 , 故 取 1 0 厂 , 主要取决于砂浆本身的抗剪强度 根据文献 7 , 对 于各 类砌 体 中砂 浆 的剪 切 破 坏 , 采 用 Mo h r C o u l o mb强度准则分析是较为合理 的, 其一般
22、表达 式 为 : r C 0 + 6 t a n ( 3 ) 式中: r 为压力作用下材料 的抗剪强度; 为竖向压 力 ; 为材料黏聚力; 为材料 内摩擦角 由于销键伸入块体 内部 , 当不受到竖 向压力作 用 时 , 即 口 一0时 , 可得 到 : f v p一 一 C o ( 4 ) 为求出 C 。 值 , 将销键的剪切破坏过程看作开裂 和 剪切滑 移两 个 部 分 : 最 初 内部 拉 应 力 使得 剪 切 面 开 裂 , 随着裂缝 的不 断 发展和 增 多 , 销键 开始 沿 剪切 面滑移 , 最终 剪切 面上 的抗剪 力完 全被 克服 , 销键 发 生 剪 切 滑移 而 破 坏 剪
23、切 面 的 开裂 采 用 Gr i f f i t h强 度 理论 进行 分 析l_ 8 已知 材 料 的单 轴抗 拉 强 度 厂 , 其 一般 表达 式为 : r 一 4 f ( 厂 + ) ( 5 ) 剪 切 滑 移 的 条 件 可 用 Mo h r C o u l o mb公 式 表 示 , 由于剪切 滑移 发生在 开裂 之后 , 因此 它是 一 条 与 Gr i f f i t h抛 物线相 切 的直线 ( 如 图 4所 示) f S l i p : r = C o + O - Cr a c k: f : =4 A( : + ) f D o 图 4 销键受剪破坏准则 Fi g 4 Fa
24、 i l ur e c r i t e r i a o f t he mor t a r k e y 由图 4中 2条曲线切点处斜率相同可推出: 1 c 。一 ft ( t a n + ( 6 ) 参考文献 9 取砂浆的内摩擦角 一5 3 。 , 则: , 一 c 。一 2 0 8 1 ( 7 ) 由于砂浆的抗拉强度 -厂 【 与抗压强度 - 厂 2的比值 约为 0 0 7 7 c , 故 当砂 浆强度小于 1 5 MP a 时 , 可取 : f 0 2 5 9 厂 z ( 8 ) 因此 , 9 9 9 9 O O O O O O 娼 娼 弘 1 1 8 3 o 北 _。 学兔兔 w w w
25、.x u e t u t u .c o m 第 1 期 李翔 , 等 : 混 凝土多孔砖砌体材料抗剪性 能试验研 究 1 O 3 f v , = = 0 5 4 1 f 2 ( 9 ) 2 2 砌 体抗 剪 强度 同时考虑 非销 键 和销键 两部 分 对抗剪 强 度 的贡 献 , 可得 到混 凝土 多孔 砖砌 体抗 剪强 度 公 式 的一 般形 式 为 : 厂 o f v , ( 1 一j0 ) +P f , P ( 1 0 ) 式 中 , P为 混 凝 土 多 孔 砖 受 剪 面 上 孑 L 洞 部 分 的 面 积 率 混 凝土 多孔 砖 的受剪 破坏 主要 有砂 浆破 坏 和块 体破 坏
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- 混凝土 多孔 砖砌体 材料 性能 试验 研究
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