使用不同砂浆的砌体结构抗剪强度试验研究.pdf

2 0 1 4年第 l 1 期 1 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 4 No． 1 1 No v e mb e r 使用不 同砂浆的砌体结构抗剪强度试验研究 徐 蕾 ， 马青青 新 疆 工程学 院 ， 乌鲁 木齐 8 3 0 0 9 1 摘要 本 看对砌体 结构抗 剪强度 的直接预测要 求， 对砌体结构试件进行 了受剪斜压试验和三轴压 缩试 验。试 件使 用 了不同砂浆组合 ， 将斜压试验数据和三轴压 缩试验数据套入 文献 中的不同计算公式计算 出砌体抗剪强度值 ， 并进行 了比较。 试验结果表明 ， 砌体抗剪 强度取 决于接缝砂 浆类型 ， 相对 于受剪斜压试验 ， 三轴压缩试验方法 简单 直 观， 试验 结果 更为 可靠， 更适合用于砌 体结构的抗剪切试验。 关键词 砌体结构 ； 抗剪 强度 ； 砂浆 ； 试验研 究 Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e p r e d i c t i o n o f ma s o n r y s h e a r s t r e n g t h b y d i r e c t wa y ，d i a g o n a l c o mp r e s s i o n t e s t s a n d t ri p l e t t e s t s a r e c a r r i e d o u t ． T h e s h e a r s t r e n g t h s o f b r i c k ma s o n r y s p e c i me n a r e c a l c u l a t e d u s i n g t h e v a r i o u s f o r mu l a s f r o m r e f e r e n c e s ， a n d t h e e x p e r i me n t a l d a t a f r o m a p p r o p ria t e e x p e r i me n t a l t e s t s a n d t ri p l e t t e s t s a r e c o mp a r e d ． T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e s h e a r s t r e n g t h o f b r i c k m a s o n r y w a l l s i s d e p e n d s o n t h e t y p e s o f j o i n t m o l a r ， a n d t h e t r i p l e t t e s t i s v e r y s t r a i g h t f o r w a r d a n d c a n p r o v i d e r e l i a b l e d a t a r e s u l t s ， S O i t ’ S mo r e s u i t a b l e f o r s h e a r s t r e n g t h e x p e ri me n t o f b r i c k ma s o n r y w a i l s ． Ke y wo r ds Br i c k ma s o nry；S he a r s t r e ng t h；Mo r t a r ；Ex pe rime n t a l s t u dy 中图分类号 T U 3 6 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 - 4 6 3 7 2 0 1 4 1 1 6 8 0 4 0前言 全世界范围内， 砌体结构都是建筑的主要结构 形式。而砌体材料几乎无法承受张应力 ， 因此 ， 也被 称为无张力材料。作为一种不均匀材料 ， 其机械性 能取决于构成材料的几何纹理和性能 。 与 混凝 土 结 构和 钢结 构 相 比 ， 砌 体 结 构 的抗 震 性能不佳 l 。在过去的几十年中， 许多地 区的密集型 砌体 建筑被地震严 重毁坏 如汶川 I 地震 ， 因此 ， 越 来越多 的业 内研究人员开始致力于建立合适 的模 型来评估砌体建筑物的抗震剪切强度 ， 完善抗震设 计方法 ， 从而提高砌体结构建筑的抗震能力[ 2 - 3 ] 。 砌 体结构模 型结果的准确性通 常依赖 于正确 确定代表砌体材料特性 的几个参数 J 。处于零压力 时 的抗 剪 强度 就 是 上述 参 数 之一嘲 。这 一 参 数 的准 确界定对预测地震作用下的砌体性能起关键作用 。 对于新砌筑结构的抗震设计 ， 抗剪强度可 由两 种不同性质的试验测定 ， 即三轴压缩试验和受剪斜 压试验。第一种方法 由于试验设备简单 ， 试验数据 较准确 ， 在新砌体结构剪力试验中使用较广泛 。但 对于现存砌体建筑 ，三轴压缩试验却难于实施 ， 目 前 主 要 采 用 的还 是 受 剪斜 压 试 验 。有 必 要 指 出的 是 ， 国际地震学界对于最适合的试验类型 尚没有统 一 指示I7 趣 1 。实际上 ， 甚至在专业文献中， 目前尚无两 种试验结果 的对 比研究 。因此 ， 有必要使用两种不 基金项 目 新疆工程学 院校 内课题项 目 2 0 1 3 XG Y 4 1 1 4 1 2 。 一 6 8一 同方法进行试验研究 ， 以便对数据结果 、 机械强度 及试验设计的复杂性进行对比。 本 文 在 记 录 大 量 三 轴 压 缩 试 验 和 受 剪 斜 压 试 验结果 的基础上 ， 对 比了相同砖砌体组合采用上述 两 种试 验 的结果 。采用 文 献 中的三 种 可用公 式 分析 了对角压缩试验数据 ， 以评估上述公式的准确性。 1 直 接 测定砌 体 抗 剪强度 1 ． 1 受剪 斜压 对 砌体 墙 板进 行 的受剪 斜压 试验 依 据 G B ／ T 2 5 4 2 2 0 0 3 砌墙砖试验方法 和 G B ff 5 0 0 8 l 一 2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行。根据上 述标 准 ， 砌 体 剪力 强 度 的测定 必 须 沿 着 一个 角加 载 荷载 ， 直到出现完全失效。 方板 的正常尺寸不应小于 1 ． 2 mx 1 ． 2 m；其厚度 取决 于测 试 的墙类 型 。 斜压试验 可在试 验室特制 的砌体墙 板上进行 或在适 当剪切的现有建筑砌体上进行 ， 也可在从现 有砌体墙分离 出的砌体部分进行。只有在现有建筑 砌体的试验 中， 墙板保持着对砌体墙其余部分的支 撑 ， 与低水平边缘的距离为 0 ． 7 m。开裂通常开始 于 试件中心沿着平行于荷载方 向开始 ， 沿着砌体连接 处延伸 ， 有时甚至延伸至整个砌块 。 根据上述规范提供的标准试验解释 ， 假定墙板 中心 应 力状 态 是纯 剪 力 的 ， 主 方 向 与墙 板 的两 个 斜 构件一致。该应力状态通过 图 1中的莫尔圆表示。 徐蕾 ， 马青青 使用不同砂浆的砌体结构抗剪强度试验研究 1 { ． 、 | 0 ． 7 0 7 ． ． j 1 ． 【 I 5 1 Af ＼ 0 ．5 6 ＼ ＼ ／ 图 1 纯剪力状态 图 图 2 公式 4 对应的剪力状态 图 主拉应力等于剪力 ， 可通过式 1 计算得出 O l Tm a x- ---0 ． 7 0 1 式 中 P为外 加 负载 ； A 为试 件 的净 面积 。 A n 1 2 式中 为墙厚度 ， W、 h为试件两面的尺寸。 砌体 剪力强度值 由公式 1 决定 ， 并假定 P等 于失 效 载荷 3 当砌 体墙板建模材料假 定为各 向同性均质材 料 ，并进行弹性分析， 可 以得到对试验结果的不同 解释 。结果显示 尽管主方 向与墙板 的两条对角线 保 持 一 致 ，但 试 样 中心 的 应 力 状 态 不 是 纯 剪 力 状 态 。试 件 中心 的主 强度 值 为 6 ， o - H L 6 2 4 相应的莫尔圆如图 2所示。 在计算砌体墙抗剪强度 时， 文献提供 了两种方 法 。第一种方法假定砌体抗剪强度值等于极限抗拉 应 力 0 0 “ 1 0 ． 5 ／ - - u 5 第二种方法所述公式可计算出砌体抗剪强度 古 0 -s 0 ．3 3 6 1 ． 2 三 轴压 缩试 验 通过对 不少于 6个 由石块和灰浆 接缝 试件进 行试验 ， 测定抗剪强度 。在没有横 向预加压力 的情 况下 ， 该试验 的预期失效模式如图 3所示 。 丌 几 广 A／ 1 A／ 2 B C D 图 3 三轴压缩试 验预期失效模式 对于首次的两种模式 A ／ 1和 A ／ 2 ， 由于砖和砂 浆界面的缺陷 ， 当砂浆 与砖分离时发生 了失效 。低 强度砂浆形成 的平缝使砂浆层 出现 了失效 B模 式 。最终 ， 当采用具有 良好粘贴能力的高强度砂浆 时 ， 试样失效 的发生形式是在一块或两个砖上 出现 了裂缝 C和 D模式 。 试样的抗剪强度 的计算公式如下 i v 7 式 中； 为极 限载荷 ； 是平行于灰浆接缝 的 试 件 区域 。 特征抗剪强度值根据公式 8 计算 ． 0 ． 。 8 式 中； 。 为平均抗剪强度值 。 2试验研 究 试验分三个 阶段 第一阶段为组成材料特性分 析 ， 第二阶段斜压试验 ， 第三阶段三轴压缩试验 。 2 ． 1 组 成材料 的机械 性能 为定义砖 块的机械性能 ，将砖切割成尺寸 2 0 mm 2 0 mmx 4 0 m m的 6个试件进行单轴压缩试验。 表 l为试验用平板 和三角形试件砂浆混合物 的性能。砂浆组成材料通过搅拌机并逐渐加入水混 合在 一起 ， 直 到达 到最 佳稠 度 。 对于每种类型的砂浆 ，制成了 3个尺寸为 1 6 0 mmx 4 O m mx 4 O m m 的棱 柱试 件 。经 2 8 d养 护后 ， 在试 件的三个点上进行抗弯试验。然后 ， 对棱柱断裂 产 生的试件进行 了单轴压缩试验。表 2为砖 的抗压强 度及砂浆抗压和抗弯强度试验结果 。 表 1 砂 浆混 合 物 配 合 比 砂浆种类 水／ 水泥／ 石灰／ 砂 重量 比 石灰砂浆 C A 水泥一 石灰砂浆 MB 水泥砂浆 C E 2 ／ - ／ 2 ／ 8 2 ／ 1 ／ 1 ／ 8 2 1 2 1 - ／ 8 表 2 砖 的抗压强度及砂浆抗压和抗弯强度 2 ． 2 斜 压试 验 的平板 几何 结构 和荷 载 条件 为 了对不 同砂浆组合 的砌体 进行广泛试验研 究 ， 制成了 1块小型板 1 2 ． 5 和 3块全尺寸板 ， 2 8 d 养 护 后 对小 型 板 和 1块 全 尺 寸板 进行 了试 验 ， 并 对 试验数据进行 了比对分析。 9 0 d养护后 ， 对剩余 2块 全尺寸板进行了试验 ， 以评估可能的效果。 对如下 四组共 1 8块单叶砖砌体平板进行 了试 验 ①采用石灰砂浆灰缝结合的 ，按 1 2 ． 5比例 的 4 0 0 m mx 4 0 0 m mx 5 0 mm的 6块平板 。②采用水泥砂 浆 灰缝结 合 的 ，按 1 2 ． 5比例 的 4 0 0 m mx 4 0 0 m mx 一 6 9一 [ 二 二 U ㈠ 徐蕾 ， 马青青 使用不同砂浆 的砌体结构抗剪强度试验研究 表 3 斜压试验结果 表 4三轴 压缩试 验结果 节所述 3种解释确定 的抗剪强度值之 间的区别 。 通过斜压试验采用公式 6 确定 的抗剪强度值 非常接近于三轴抗压试验结果采用公式 7 计 算的抗剪强度值 。用公式 6 算出的抗剪强度 值 与 G B ／ T 2 5 4 2 2 0 0 3和 G B ／ T 5 0 0 8 1 2 0 0 2规 范中的参考值较为接近。因此， 对于斜压实验 ， 可认为通过公式 6 计算出砌体墙抗剪强度值 更为可靠。 3结语 本试验研究 旨在评估两种不 同试验 的区 别 ， 从而选择更适于确定砌体抗剪强度试验方 法 。为此 ， 通过现有规范提供的两种试验 ， 分别 采用石灰砂浆 、水泥一 石灰砂浆和水泥砂浆组 合而成的三种砌体进行 了上述两种试验。当对 试件进行三轴压缩试验时 ， 其抗剪强度值根据 目前唯一可用 的公式计算确定 ， 而进行斜压试 验 的分 析 ， 其 抗剪 强 度 值可 根 据 目前 三种 可用 的公式计算确定。上述试验结果表明了砌体结 构的抗剪强度和其组件机械性能的明确关系 。 从现有试验结果来看 ， 笔者认为三轴压缩 试验方法简单直观 ， 结 果更 为可靠 ， 并且该试 验方法更为方便 ， 更适合用于砌体结构的抗剪 切 试验 。 参考 文献 『 1 1 砖石结构 设计规 范抗震 设计研究 组． 无筋墙 体的抗 展剪切强度[ J ] ． 建筑结构学报， 1 9 8 4 6 1 - 1 2 ． [ 2 ] 刘西 光， 王庆霖． 多层砌 体结 构墙体 的抗震剪 切强度研 究 『 J ] ． 建筑结构， 2 0 1 2 ，4 2 1 2 1 1 2 1 1 6 ． 【 3 】 蔡安 江， 郭师 虹， 曲睿． 多孔砖 砌体抗剪 强度原位检 测的试 验研究『 J 1 ． 实验力学， 2 0 0 6 ， 2 1 5 6 3 5 6 3 9 ． 曾晓明， 杨伟 军， 施楚 贤． 砌体受压本构 关系模型 的研 究[ J ] ． 四川建筑科学研究 ，2 0 0 1 ， 2 0 3 8 1 0 ． 【 5 】 庄一舟． 模 型砖砌 体力学性能的试验研究 【 J ] ．建筑结构， 1 9 9 7 ， 2 7 2 2 2 2 5 ． 【 6 ] C C ， S C ， S L ． T h e u s e o f t h e d i a g o n a l c o m p r e s s i o n t e s t t o i d e n t i f y t h e s h e a r me c h a n i c a l p a r a me t e r s o f Ma s o n r y[ J ] ． C o n s t r B u i l d Ma t e r ， 2 0 1 0 2 4 6 6 7 6 8 5 ． 【 7 】M C ， L B ， C T ， e t a 1 ． E x p e r i me n t a l e v al u a t i o n o f s h e a r a n d c o mp r e s s i o n s t r e n g t h o f Ma s o n r y wa l l b e r e a n d a f t e r r e i n f o r c e me n t d e e p r e p o i n t i n g [ J ] ． C o n s t r B u i l d Ma t e r , 2 0 0 8 2 2 4 6 3 4 72． 【 8 】 A P ， G M， G F ， e t a1 ． E x p e ri m e n t a l i n - p l a n e b e h a v i o r o f t u ff Ma s o n ry s t r e n g t h e n e d wi t h c e me n t i t i o u s ma t r i x g rid c o mp o s i t e s 『 J ] ． C o m p o s C o n s t r ， 2 0 0 6 1 0 2 2 3 2 3 3 ． 收 稿 日期 2 0 1 4- 0 7 - 2 8 作者简介 徐蕾 1 9 7 9 一 ， 女 ， 讲师 、 硕士 。 通讯地址 新疆 乌鲁 木齐市沙区于 田街 4 8号 联 系电话 1 5 7 3 9 5 0 9 8 3 6 E ma i l x u l ij u n 6 1 2 1 6 3 ． c o m 一 71