房屋结构设计---砌体材料及其力学性能---砌体的弹性模量、摩擦系数和线膨胀系数

一、砌体的弹性模量
砌体的弹性模量E,是根据砌体受压时的应力应变图确定的。因为砖砌体为弹塑性材料,受压一开始,应力与应变即不成直线变化(http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/images/03.jpg4-10)。随着荷载的增加,变形增长逐渐加快,在接近破坏时,荷载增加很小,变形急剧增长,应力-应变呈曲线关系。根据国内外资料,其应力-应变关系曲线可按下列对数规律采用:
http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/text.files/image002.gif
(4-7)
式中:
http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/text.files/image004.gif——砌体抗压强度平均值;
ξ——砌体变形的弹性特征值。由式(4-7)可知,当σ/http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/text.files/image005.gif比值保持不变时,砌体的变形随弹性特征值ξ加大而降低。
由式(4-7),可求得砌体的切线模量为:
http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/text.files/image007.gif
(4-8)
令http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/text.files/image009.gif,即得初始弹性模量为:
http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/text.files/image011.gif
(4-9)
砌体的初始弹性模量E0,用试验方法是较难测定且不容易测准的。GB50003规范将砌体弹性模量E取为应力-应变曲线上应力为http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/text.files/image013.gif处的割线模量。由式(4-7)不难求得:
http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/text.files/image015.gif
(4-10)
比较式(4-9)和式(4-10),则有:
http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/text.files/image017.gif
(4-11)
http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/tu0410/images.jpg
根据对砌体变形的量测结果,砌体弹性特征值ξ随砌块强度的增高和灰缝厚度的加大而降低,随料石厚度的增大和砂浆强度的提高而增大。这是因为高强度料石砌体强度大于砂浆强度,在应力http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/text.files/image023.gif时,计算值与试验值吻合较好。
规范GB50003对不同强度砂浆砌筑的砌体的弹性模量,取用与砌体抗压强度成正比的关系,如http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/images/03.jpg4-13中的虚线所示;其数值可直接查用附http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/images/04.jpg4-8。
http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/tu0413/images.jpg
附表4-8 砌体的弹性模量(MPa)
砌体种类
|
砂浆强度等级
|
|||
≥M10
|
M7.5
|
M5
|
M2.5
|
|
烧结普通砖、烧结多孔砖砌体 |
1600f
|
1600f
|
1600f
|
1390f
|
蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体 |
1060f
|
1060f
|
1060f
|
960f
|
混凝土砌块砌体 |
1700f
|
1600f
|
1500f
|
——
|
粗料石、毛料石、毛石砌体 |
7300
|
5650
|
4000
|
2250
|
细料石、半细料石砌体 |
22000
|
17000
|
12000
|
6750
|
石材的弹性模量高于砂浆的弹性模量,因此,砌体变形主要决定于水平灰缝内砂浆的变形。故附http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/images/04.jpg4-8中石砌体弹性模量,仅按砂浆强度等级来确定其弹性模量。
单排孔且对孔砌筑的混凝土砌块灌孔砌体的弹性模量,应按下列公式计算:
http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/text.files/image025.gif
(4-12)
式中,http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/text.files/image027.gif为灌孔砌体的抗压强度设计值。
二、砌体的剪变模量
砌体的剪变模量,根据材料力学公式为:
http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/content/04/0401/text.files/image029.gif
(4-13)
式中,υ为泊松比,为砌体在轴心受压情况下,产生的横向变形与纵向变形的比值。砌体的泊松比分散性很大,根据国内大量试验结果,砖砌体的υ=O.1~O.2,其平均值取υ=O.15;砌块砌体υ=0.3。代入式(4-13),砖砌体和砌块砌体的剪变模量分别约为O.43E和O.38E。GB50003规范建议,对各类砌体,剪变模量可按弹性模量的O.4倍采用。
线膨胀系数和收缩率
分析砌体在温度作用下的变形性能,需要知道砌体的线膨胀系数。GB50003规范给定的砌体线膨胀系数见附http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/images/04.jpg4-9。
附表4-9 砌体的线膨胀系数和收缩率
砌体类别 |
线膨胀系数 (×10-6/℃) |
收缩率(mm/m) |
烧结粘土砖砌体 | 5 | -0.1 |
蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体 | 8 | -0.2 |
混凝土砌块砌体 | 10 | -0.2 |
轻集料混凝土砌块砌体 | 10 | -0.3 |
料石和毛石砌体 | 8 | — |
注:① 表中系数适用于荷载比q/g>0.3的等跨连续梁和连续单向板。
② 连续梁或连续单向板的各跨长度不等,但相邻两跨的长跨与短跨之比值小于1.10时,仍可采用表中弯矩系数值。计算支座弯矩时应取相邻两跨中的较长跨度值,计算跨中弯矩时应取本跨长度。
砌体的收缩与块体的上墙含水率、砌体的施工方法等有密切关系。因国内关于砌体收缩的试验数据较少,GB50003规范参考块体的收缩率、国内已有的试验数据,并参考ISO/TCl79/SCI的规定,经分析确定了砌体的收缩率,见附http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/images/04.jpg4-9。
摩擦系数
当砌体与其他材料沿接触面产生相对滑动时,在滑动面将产生摩擦力。摩擦力的大小与法向压力和摩擦系数有关。GB50003规范给定的砌体的摩擦系数见附http://kjwy.5any.com/fwjgsjyjgkz/images/04.jpg4-10。
附表4-10 砌体的摩擦系数
材料类别
|
摩擦面情况
|
|
干燥的
|
潮湿的
|
|
砌体沿砌体或混凝土滑动
|
0.70
|
0.60
|
木材沿砌体滑动
|
0.60
|
0.50
|
钢沿砌体滑动
|
0.45
|
0.35
|
砌体沿砂或卵石滑动
|
0.60
|
0.50
|
砌体沿砂质粘土滑动
|
0.55
|
0.40
|
砌体沿粘土滑动
|
0.50
|
0.30
|