砌体的力学性能

1.4.1砌体的抗压性能

1.砌体受压破坏分析

砌体是由两种不同的材料(块材和砂浆)黏结而成，它的受压破坏特征将不同于单—材料组成的构件。根据试验结果，砖砌体轴心受压时从开始加载直至破坏，按照裂缝的出现和发展等特点，可以划分为三个受力阶段。

第一阶段：从砌体受压开始，到出现第一条(批)裂缝（a），如图1-5所示。在此阶段，随着压力的增大，首先在单块砖内产生细小裂缝，以坚向短裂缝为主。就砌体而言，多数情况下约有数条，砖砌体内产生第一批裂缝时的压力约为破坏时压力的50%—70%。

图1-5第一阶段                      图1-6第二阶段

第二阶段：随着压力的增加，单块砖内的初始裂缝将不断向上及向下发展，并沿竖向通过若干皮砖，在砌体内逐渐连接成一段段的裂缝，同时产生一些新的裂缝(b)，如图1-6所示。此时，即使压力不再增加，裂缝仍会继续发展，砌体己临近破坏状态，其压力约为破坏时压力的80%—90%。

第三阶段：压力继续增加，砌体中裂缝迅速加长加宽，竖向裂缝发展并贯通整个试件，裂缝将砌体分割成若干个半砖小柱体，个别砖可能被压碎或小桩体失稳，整个砌体亦随之破坏(c),如图1-7所示。以破坏时压力除以砌体横截面面积所得的应力称为该砌体的极限抗压强度Nu。

图1-7第三阶段

在空斗砖砌体中，出现第一批裂缝时压力的相对值较实心砖砌体的小，约为破坏对压力的40%。其原因是空斗砖砌体为两端支撑而中间悬空，受压后，在支撑的边缘很容易产生裂缝，随着压力的继续增大而先行断裂，之后两侧壁砌体因失稳而破坏。

在毛石砌体中，毛石和灰缝的形状不规则，砌体的匀质性较差，出现第一批裂缝时压力的相对值更小，约为破坏时压力的30％，且砌体内产生的裂缝不如砖砌体那样分布有规律。 

轴心受压砌体总体上处于均匀的中心受压状态，但若在试验时仔细测量砌体中砖块的变形可以发现，砖在砌体中不仅受压，而且受弯、受剪和受拉，处于复杂的受力状态中。产生这种现象的主要原因有以下几点：

⑴ 砂浆层的非均匀性：造成了砌体受压时砖并非均匀受压，而是处于受拉、受弯、和受剪的复杂应力状态。

⑵砖和砂浆横向变变形差异。砖内产生的附加横向拉力将加快裂缝的出现和发展。

⑶竖向灰缝的应力集中：砌体的竖向灰缝往往不能填实，因此，砖在竖向灰缝处易产生横向拉应力和剪应力的应力集中现象，从而引起砌体强度的降低。

2.影响砌体抗压强度的因素

⑴块材和砂浆的强度

块材和砂浆的强度是决定砌体抗压强度的主要因素。提高块材的强度等级可以增加其抗压、抗弯和抗拉能力，而提高砂浆的强度可以减小砂浆的横向变形，减小它与块材横向变形的差异，从而改善砌体的受力性能。提高砖的强度等级比提高砂浆强度等级对增大砌体抗压强度的效果好。

⑵块体的尺寸与形状

块材的尺寸、几何形状及表面的平整程度对砌体的抗压强度也有较大影响。高度大的块材，其抗弯、抗剪和抗拉的能力增大；长度大时，块体在砌体中引起的弯剪应力大。因此，砌体的强度随块材厚度的增加而提高，随块材长度的增加而降低。此外，块材的形状越规则，表而越平整，在砌体中所受弯剪应力就越小，从而使砌体抗压强度得到提高。

⑶砂浆的流动性和保水性

砂浆流动性和保水性越好，越易于铺砌成厚度和密实性都较均匀的水平灰缝，从而降低块材在砌体内的弯剪应力，提高砌体的强度。但过大的流动性会造成砂浆变形率过大，砌体强度反而降低。纯水泥砂浆虽然抗压强度较高，但由于其保水性和流动性较差，不易保证其砌筑时砂浆饱满和密实，因而会使砌体强度降低。

⑷砌筑质量

水平灰缝的均匀和饱满程度及灰缝的厚度影响。《砌体工程施工质量验收规范》(GB50203-2011)规定，砖砌体水平灰缝砂浆饱满度不小于80%；砌块砌体水平灰缝砂浆饱满度按净而积计算不得低于90%。砌体内水平灰缝愈厚，砂浆横向变形愈大，块体内横向拉应力亦愈大，砌体抗压强度亦降低。如块体的表而不平整，水平灰缝太薄，砌体抗压强度亦降低。砖砌体和砌块砌体的水平灰缝厚度相竖向灰缝宽度宜为10mm，但不应小于8mm，也不应大于12mm。

1.4.2砌体的抗拉性能

图1-8砌体轴心受拉破坏状态

当轴心拉力与砌体的水平灰缝平行时，砌体可能沿灰缝截面破坏，如图1-8(图a)所示。

当块材的强度等级较低,而砂浆的强度等级较高时，砌体可能沿块材截面如图1-8(图b所示破坏。《砌体结构设计规范》通过限定块材的最低强度等级，防止了该种破坏的发生。

当轴心拉力与砌体的水平灰缝垂直时，砌体可能沿通缝截面破坏。在设计中不允许采用如图1-8(图c)所示的沿水平痛缝截面轴心受拉的构件。

1.4.3砌体的抗弯性能

当砌体弯曲受拉时，由于受力方式、块材和砂浆的强度高低及破坏的部位不同，可能有三种破坏形式：沿齿缝破坏，如图1-9所示的a-a截面；沿砌体截面即块材和竖直灰缝发生直缝破坏，如图1-9所示的b-b截面；沿通缝截面破坏，如图1-9所示的c-c截面。

图1-9受弯破坏截面

截面内拉应力，如砌体沿齿缝截面破坏，称为砌体沿齿缝截面弯曲受拉，如图1-10（图a）

砌体块材沿截面破坏，称为沿块材截面弯曲受拉，如图1-10（图b）

砌体沿通缝截面破坏，称为沿通缝截面弯曲受拉，如图1-10（图c）

图1-10砌体受弯破坏状态

1.4.4砌体的抗剪性能

1.当砌体受剪时，可能有三种破坏形式：

沿通缝破坏，如图1-11（a）所示；

沿齿缝破坏，如图1-11（b）所尔；

沿阶梯缝破坏，如图1-11（c）所示。

(a)沿通缝剪切            (b)沿齿缝剪切           (c)沿阶梯形缝剪切

图1-11抗剪破坏形式

通常，砌体截面上受到竖向压力和水平力的共同作用，即在压弯受力状态下的抗剪，其破坏特征与纯剪有很大的不同。由于砌体灰缝具有不同的倾斜度，在竖向压力的作用下，通缝截面上的法向压应力与剪应力之比亦不同，所以可能有三种剪切破坏状态，如图1-12（a）、（b、（c）所示。

(a)剪摩破坏              (b)剪压破坏             (c)斜压破坏

图1-12压弯状态下的剪切破坏

(1)剪摩破坏。当通缝方向与作用力方向的夹角小于45度时，砌体将沿通缝受剪且在摩擦力作用下产生滑移而破坏。

 (2)剪压破坏。当夹角大于45度小于等于60度时，砌体将沿阶梯形裂缝破坏。

 (3)斜压破坏。当夹角更大时，砌体将沿压应力作用方向产生裂缝而破坏

2.砌体抗剪强度的影响因素

块体和砂浆的强度对砌体的抗剪强度均有影响，其影响程度与砌体受剪后产生的破坏形态有关。

对于剪摩和剪压破坏形态，由于破坏沿砌体灰缝截面，如采用的砂浆强度高，其抗剪强度增大，此时块体强度的影响很小。

对于斜压破坏形态，由于砌体沿压力作用方向开裂，如采用的块体强度高，砌体抗剪强度增大，此时砂浆强度的影响很小。

砌筑质量对砌体抗剪强度的影响，主要与砂浆的饱满度和块材在砌筑时的含水率有关。砌筑时砖的含水率控制在8%-10%时，砌体的强度最高。