关于砌体结构抗剪强度几个问题的讨论.pdf

2 0 1 1年第 6期 煤炭工程 关于砌体结构抗剪强度几个 问题 的讨论 齐宏伟，杨颖 华北科技学院 土木工程系，河北 廊坊0 6 5 2 0 1 摘要文章比较 了现行规范中对砌体抗剪强度取值的不同规定，对影响砌体抗剪强度的相 关因素进行 了讨论，指出尽快建立砌体抗剪强度统一公式的必要性，提 出偏心压应力和墙段 高宽 比对砌体抗剪强度有重要影响 ，讨论 了砂浆 强度对砌体抗剪强度取值的影响。所提建议 可供试验 研 究和修订规 范参考。 关键词 砌体结构；抗剪强度 ；偏心压应力；墙段高宽比；砂浆强度 中图分类号 T U 3 1 8 文献标识码 A 文章编号1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 1 0 6 - 0 1 l l -03 Di s c u s s i o n o n S e v e r a l I s s u e s o f S h e a r S t r e n g t h f o r Li n e r S t r u c t u r e Q I H o n g w e i ，Y A N G Y i n g De p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ，N o r t h C h i n a I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，L a n g a n g 0 6 5 2 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t I n c o mp a ri s o n wi t h t h e d i ff e r e n t r e g u l a t i o n s t o s e t u p t h e ma s o n r y s h e a r s t r e n g t h i n t h e p r e s e n t c o d e ，t h e p a p e r h a d a d i s c u s s i o n o n t h e r e l a t e d f a c t o r s i n flu e n c e d t o t h e ma s o n ry s h e a r s t r e n gth a n d p o i n t e d o u t t h e n e c e s s i t y t o s o o n e s t a b l i s h t h e u n i fi e d f o r mu l a o f t h e ma s o n ry s h e a r s t r e n gth ．T h e e c c e n t ri c p r e s s u r e s t r e s s a n d t h e h e i g h t a n d wi d t h r a t i o of wa l l w o u l d h a v e i mp o r t a n t i nfl u e n c e s t o t h e ma s o n ry s h e a r s t r e n gth ．T h e p a p e r d i s c u s s e d t h e c e me n t g r o u t s t r e n gth a ff e c t e d t o s e t u p t h e v a l u e o f t h e ma s o n ry s h e a r s t r e n gth ． T h e s u g g e s t i o n s p r o p o s e d c o u l d b e t h e r e f e r e n c e s t o t h e e x p e r i me n t s t u d y a n d t h e c o d e r e v i s i o n ． Ke y wo r d s ma s o n r y s t r u c t u r e ；s h e ar s t r e n gth；e c c e n t ric p r e s s u r e s t r e s s ；h e i g h t a n d wi d t h r a t i o o f w all ；c e me n t g r o u t s t r e n gth 无筋砌体结构在地震作用下通常发生剪摩、剪压和斜 压三种破坏形态，我国 建筑抗震设计规范 与 砌体结 构设计规范在试验研究的基础上，分别依据不同的破坏 模式建立了不同的抗剪强度计算公式。文章结合砌体结构 设计中的问题，对砌体结构抗剪强度的取值和研究提出建 议 ，供理论试验研究和修订规范参考。 1 两种规范的抗剪强度设计理论 1 建筑抗震设计规范 关于抗剪强度的理论。我 国 建筑抗震设计规范一直采用主拉应力理论确定砌体 的抗震抗剪强度，该理论认为当主拉应力超过砌体抗主拉 应力强度 ，即 o r 玑时，砌体发生剪切破坏。由主拉应力 广■ 和 剪 应 力关 系 可得r ≤ ／ 1 7U ,一y ， 剪 应力最大 值 可达 砌 体抗剪强度 ，由此得砌体抗剪强度一般表达式为 ， 加 规范中各类砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪强度设 计值的计算公式为 ， 其中 为砌体抗震抗剪强度 的正应力影响系数， 对普通砖砌体， 采用在震害统计基础上 1． ． 一一 的主拉公式求得， 其表达式为 专 ／／ 1 0 ． 4 5 0 “。 ； 对 』 混凝土小砌块砌体，正应力影 响系数 由剪摩 公式得到。 2 0 1 0抗震设计规范对 的取值做了更严格的限制。 2 砌体结构设计规范 关于抗剪强度的理论。我 国 砌体结构设计规范 自G B 5 0 0 0 3 2 0 0 1 始采用剪一压 复合受力模式计算砌体抗剪强度，抗剪强度计算公式依据 剪一压复合受力相关性的静力试验结果进行拟合而成，沿 用了库仑理论抗剪强度表达式的形式 厶 a g o “。 ，式中 为摩擦系数，当r c 1 ． 2时， 0 ． 2 60 ． 8 2 7v 0 ， o ／ f适 用于 0～ 0 ． 8的近似范围 。 为进一步明确砌体在复合受力状态下的破坏机理，得 到统一的抗剪强度计算公式，已有多位学者进行了试验和 理论研究 ，施楚贤等建立了混凝土砌块墙体的抗剪强 度统一公式，已被抗震设计规范采纳，但对普通砌体 目前 收稿 日期 2 0 1 1 0 32 2 作者简介齐宏伟 1 9 7 0一 ，女，河北承德人，副教授 ，现主要从事土地工程研究与教学工作。 1 l 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 1年第 6期 尚未确定统一的抗剪强度公式。 2 不 同理论的参数取值差别 两个规范的抗剪强度计算公式分别依据不同的破坏模 式建立，不仅计算理论不同，在参数取值上还存在差别。 2 ． 1 抗剪强度的不同影响参数 抗震规范中抗震抗剪强度正应力影线系数 与 。 有关，砌体规范的剪摩型抗剪强度与轴压比 O f．。 ／ f有关。影 响参数中除 。 外，一个考虑抗剪强度． 的影响，另一个考 虑抗压强度．厂 的影响。而试验表明，参数 主要取决于水 平灰缝砂浆的粘结强度 ，而参数f则受到砂浆强度、砌块 强度、砌块种类、施工质量等多种因素影响。 2 ． 2 的 不 同含 义与取 值 两个规范中的两种理论均明确了正应力对砌体抗剪强 度的影响，但正应力 在不同规范中的取值是不同的。抗 震规范中， 为对应于重力荷载代表值的砌体截面平均压 应力 ，计算重力荷载代表值时，结构 自重取标准值，可变 荷载取组合值。而砌体结构设计规范中， 。为永久荷载设 计值产生的水平截面平均压应力。 虽然规范对砌块和砂浆的最低强度等级做 了规定，试 验也表明在一定取值范围内两种方法结果相近⋯ ，但 当超 出一定范围时，两种计算方法还是存在较大差别。而且在 工程设计中很容易因设计人员的误解或疏忽带来计算误差， 所 以尽快统一两个规范的理论和抗剪强度计算公式是非常 必要的 3 关于抗震抗剪强度正应力影响的讨论 竖向荷载对砌体 的破坏形态和抗剪强度有很大影响， 竖向荷载在结构上的作用形式是多样的，有均布荷载、集 中荷载、轴心压力、偏心压力等。而目前对砌体结构的理 论与试验研究均以平面应力状态为基本假定条件，以剪一 压复合受力状态为例，一般只考虑平均压应力的影响，而 不考虑偏心荷载带来的不均匀压应力的影响，与结构实际 受力状态存在误差。 汶川地震震害显示 ，大量砌体结构的塌垮源于纵向窗 间墙的失效，尤其是砌体结构教学楼的设计 中，外纵墙窗 间墙不仅窄，其上部往往搁置钢筋混凝土大梁，墙体受到 剪、压、弯共同作用，在地震力反复作用下，墙体很快丧 失承载力，其破坏形态也呈现多样化 l l J 。震害现象说明 该种受力模式的墙体抗剪强度远低于均匀受压作用下的墙 体。说明偏心压应力和墙段尺寸是影响墙体抗剪承载力不 可忽视的因素。 3 ． 1 平 均压 应 力与偏 心压应 力 梁端支承处砌体处于偏心受力状态，压应力为不均匀 分布 ，如图 1 所示。但如果将局部偏心荷载传来的局部不 均匀压应力换算为墙段的平均压应力，按照规范中对抗剪 强度的修正方法 ，墙段的抗剪强度往往较高。 1 l 2 Ny f ’ 。 。 。 - - - - - ． ． ． ． ． ． ． 一 。 --- 图 1 梁端支承处砌体受压 对比震害现象说明，规范在对抗剪强度进行修正时， 未考虑不均匀偏心压应力的不利影响，反而将其假定为平 均压应力考虑了有利影响，使计算抗剪强度大于实际地震 作用下墙体 的承载力。 3 ． 2 墙段 高宽比对抗剪强度的影响 建筑外墙 由于 开洞大 小不 同 ，墙段 的尺 寸、高 宽 比均 不同。如只考虑正应力的影响，对所受荷载相 同、窗问墙 宽度相同，但高度不同的两段墙体如图 2所示 ，其抗剪强 度取值应该完全相同。同样，两段高度相同、宽度不同的 窗间墙 L L 如图3所示，虽然受到相同的竖向荷载作用 Ⅳ N6 ，但其均匀压应力不同 。 。 ，修正系数不同 。 ，得到不同的抗剪强度 。上述两种情况均表明， 当只考虑正应力对抗剪强度的影响时，刚度较弱墙段的抗 剪强度没有降低反而可能提高，这显然是不合理的。 刘桂秋等_ 4 采用有限元法分析了墙体高宽比对砌体抗 剪强度的影响，计算结果表明，墙体 H ／ B由 1 降到 0 ． 5时， 抗剪强度提高 1 9 ％ 一 2 4 ％，H ／ B由 1增至 2时 ，抗剪强度 降低 2 9 ％ ～ 3 5 ％。较好地反映了墙段刚度对抗剪强度的影 响，也可避免上述不合理的计算结果，该理论如能进一步 得到试验 的验证 ，可弥补规 范的不足 。 图 2 高度不 同的窗间墙 圈 a b 图 3 宽度不 同的 窗间墙 4 砂浆强度对抗剪强度设计值 的影响 砂浆强度的高低直接影响砌体的抗剪强度，但在以往 的试验研究 中，砌体砂浆等级一般不超过 M1 0 。 ；砌体规 范中对砌体抗剪强度的计算也注明，当砂浆强度≥M1 0时 按M1 0 计算 。 此项规定不利于高强砂浆在工程中的应用 ， 下转第 1 1 5页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 6期 煤炭 工程 相对于 z轴的偏向位移。 4井下试验 为验证基于全站仪的掘进机位姿测量原理的可行性， 研究人员前往 内蒙古官板乌素煤矿进行了测量方案的验证 性试验 。 试验通过按照方案原理布置实验设备、进行测量和解 算数据，既确认了测量仪器设备在井下布置及安装的匹配 性，也计算得到了掘进机的机身位姿参数。目测估算掘进 机的机身 位姿参 数为 偏 向角 为 5 ． 5 。 ；俯 仰角 口为 一 0 ． 5 。 ；滚动角 y为 一 0 ． 5 。 ；偏向位移 A为 3 0 e ra。通过解 算公式解算得到掘进机 的机身位姿参数为偏 向角 o t 为 7 ． 3 2 5 。 ；俯仰角 卢为 一 0 ． 9 7 6 。 ；滚动角 为 一 0 ． 0 8 4 。 ；偏向 位移 A为 3 2 ． 1 7 7 e ra。测得的位姿参数数据与现场观察估算 基本吻合，见表 1 ，由表 1可以看出基于全站仪的掘进机位 姿测量原理是可行性的。 5结语 本文介绍的掘进机机身位姿测量系统 ，利用了全站仪 强大的测绘功能，能实时精确地完成掘进机机身位姿参数 的测量，原理可行且不存在技术障碍，由于该方法可一次 性的实时精确的测 出掘进机机身位姿参数 ，因而可作为掘 进机 自动掘进截割 、掘进机 地面远程控制 的基础 。 表 1 实际测量全站仪输出值 注 空 白处表明该处测量数据与前一轮对应数据完全 相同。 参考 文献 [ 1 ] 田劫，杨 阳，陈国强 ，等．纵轴式掘进机巷道断面 自动截割 成形控制方法 [ J ] ．煤炭学报， 2 0 0 9 ，3 4 0 1 1 1 1 ～ 1 1 5 ． [ 2 ] K ． H ． 伯尔，王殿勇．悬臂式全断面掘进机的 自动化 [ J ] ． 煤炭技术 ，1 9 8 5 ， 0 4 ． [ 3 ] 王会然．全站仪在井下测量中的应用 [ J ] ．矿业 工程， 2 0 1 0 ， 6 4 64 7 ． [ 4 ] G B 5 0 0 2 6 9 3 ，工程测量规范 [ s ] ． 责任编辑张宝优 、 、驴 上接 第 1 1 2页 也会给设计人员带来高强度砂浆不能提高砌体抗剪强度的 误解 。试验表明，高强砂浆可有效提高砌体抗剪强度。秦 士洪、胡珏等对烧结页岩煤矸石多孔砖砌体抗剪强度的试 验研究中” ，对多孔砖砌体采用 MI O 、M1 5砂浆的砌体抗 剪强度提出了建议值，可供设计和规范参考。 5 结论与建议 1 尽快建立砌体静力抗剪强度与抗震抗剪强度的统一 公式 ，使得两种规范在抗剪强度设计上协调一致。 2 建议对剪压复合受力状态下的抗剪强度研究时。同 时考虑偏心压应力和墙段高宽比的影响，使对砌体抗剪强 度的修正更合理。 3 高强砂浆可有效提高砌体抗剪强度，建议各种试验 研究中尽量多地采用高强砂浆 ，以获得更多的研究成果。 参考文献 [ 1 ] G B 5 0 0 1 1 2 0 1 0，建筑抗震设计规范 [ S ] ． [ 2 ] G B 5 0 0 0 3 2 0 0 1 ，砌体结构设计规范 [ S ] ． [ 3 ] 骆万康，朱希诚，等．砌体规范抗剪与抗震抗剪强度公式 的统一模式，现代砌体结构 [ M ] ．北京 中国建筑工业出 版社 ，2 0 0 o ． 刘桂秋，施楚贤，等．无筋砖墙的受剪性能分析 [ J ] ．建 筑结构 ，2 0 0 3 ， 1 2 ． 蔡勇 ，施 楚 贤 ，等．砌 体 在剪 一压 作用 下抗 剪强 度研 究 [ J ] ．建筑结构学报 ，2 0 04 ， 1 O ． 刘桂秋，施楚贤，等．对砌体剪 一压破坏准则 的研究 [ J ] ．湖南大学学 报 ，2 0 0 7 ， 4 ． 梁建 国，方亮 ．砖砌 休 墙 的屈 服准 则 及其 抗剪 强 度计 算 [ J ] ．土木工程学报 ，2 0 1 0 ， 6 ． 骆万康 ，朱希诚 ，等．预应力砌体 房屋抗 震性能 与设 计方 法研究 [ R ] ，重庆重庆建筑大学建筑工程学院，1 9 9 9 ． 邵永健 ，等．剪～压作用下陶粒混凝 土砌块 砌体抗剪 强度 的试验研究 [ J ] ．混凝 土 ，2 0 0 7， 1 1 ． 秦士洪，胡珏，等．烧结页岩煤矸石多孑 L 砖砌体抗剪强度 试验研究 [ J ] ．建筑结 构 ，2 0 0 5 ， 9 ． 雷涛，李碧雄，等．汶川地震中绵竹市中小学校舍震害调 查分析 [ J ] ．建筑结构， 2 0 0 9 ， 1 1 ． 中国建筑西南设计研究院，冯远，刘宜丰，等．来 自汶川 大地震亲历者的第一手资料结构 工程师 的视野与 思考 [ R】 ．北京 中国建筑工业 出版社 ，2 0 0 9 ． 责任编辑郭继圣 l1 5 ⋯ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m