N式砌塊砌體受剪性能試驗研究

摘 要:對30個N式砌塊砌體抗剪試件(其中未灌孔試件6個，灌孔試件24個)進行了受剪力學性能試驗研究，了解了N式砌塊砌體的破壞形態(tài)及破壞機理.試驗結(jié)果表明，灌孔N式砌塊砌體的受剪開裂荷載與極限荷載的比值隨灌孔率的不同分別為:半灌孔試件77%~82%、全灌孔試件54%~59%.隨著灌孔混凝土面積的增大，N式砌塊砌體表現(xiàn)出越來越好的延性.未灌孔N式砌塊砌體的抗剪強度平均值比砌體規(guī)范抗剪平均強度公式計算值高出11%，半灌孔N式砌塊砌體的抗剪強度平均值比砌體規(guī)范平均強度計算值高出5%，全灌孔N式砌塊砌體的抗剪強度平均值比砌體規(guī)范平均強度計算值高出74%~106%.

關(guān)鍵詞:破壞機理;N式砌塊;灌孔率;抗剪強度

中圖分類號:TU365 文獻標識碼:A

Research on the Shear-resistance Behaviors of N-type Block Masonry

HUANG Liang，GAO Xiang， CHEN Liang， CHEN Sheng-yun， WANG Ke，WU Hao

(College of Civil Engineering，Hunan Univ，Changsha，Hunan 410082，China)

Abstract:30 specimens of N-type block masonries with different grouted rates were investigated for the performance of shear resistance. According to the shear-test phenomena and failure shape of specimens， the ratios of the shear-resistance crack load and the ultimate load of grouted N-type block masonry which changed with the grouted rates，were 77%~82% of half-grouted and 54%~59% of full-grouted. It has been found that the N-type block masonry shows better ductility with the increase of the grouted areas. The average value of the shear strength of ungrouted N-type block masonry was 11% higher than the average strength calculation value of the masonry norm. The average value of the shear strength of half-grouted N-type block masonry was 5% higher than the average strength calculation value of the masonry norm， and the average value of the shear strength of full-grouted N-type block masonry was 74%~106% higher than the average strength calculation value of the masonry norm .

Key words:failure mechanism;N-type block masonry; grouted rates; shear strength

混凝土小型空心砌塊符合可持續(xù)發(fā)展要求，是一種極具競爭力的墻體材料 [1].N式砌塊是一種新型混凝土小型砌塊，孔洞率為40%.通過對砌塊塊形的改進實現(xiàn)了在砌筑砌體時孔、肋完全對齊，較好地改善了砌塊砌體的受壓性能，無論灌孔與否，其開裂荷載、抗壓強度和彈性模量均得到提高^[2].砌體的抗剪強度是砌體結(jié)構(gòu)的一項基本力學性能，是衡量砌體抗震性能的一個重要指標.因此，N式砌塊砌體的受剪性能究竟如何值得進一步研究.本文通過對30個不同灌孔率的N式砌塊砌體進行了受剪性能試驗研究，并將試驗結(jié)果與《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50003—2001)^[3]中規(guī)定的混凝土砌塊砌體的抗剪強度平均值進行比較.

1 N式砌塊砌體的試驗概況

試件尺寸為390 mm×190 mm×590 mm，試件制作與試驗均按照文獻[46]的要求進行.試件養(yǎng)護后，用厚度湖南大學學報(自然科學版)2010年

第2期黃 靚等:N式砌塊砌體受剪性能試驗研究

為10 mm的1∶3的水泥砂漿對試件的兩個承壓面和受壓面先后進行找平，并保證上、下找平層應(yīng)相互平行并垂直于受剪面的灰縫.抗剪試件30個，其中未灌孔抗剪試件6個，試件編號為S1～S6.灌孔抗剪試件24個，其編號為S1B1～B6，S2B1～B6的兩組試件為半灌孔試件，編號為S1A1～A6，S2A1～A6為全灌孔試件，試件基本參數(shù)見表1.

表1 N式砌塊砌體抗剪試件的基本參數(shù)

Tab.1 Basic parameters about test specimen

2 N式砌塊砌體受剪破壞特征

圖1為未灌孔N式砌塊砌體沿豎向灰縫受剪面單面破壞圖，破壞表現(xiàn)出很大的脆性，破壞是瞬間出現(xiàn)的.

圖1 未灌孔N式砌塊砌體受剪破壞

Fig.1 Failure pattern of ungrouted shear specimen

灌孔N式砌塊砌體沿豎向灰縫受剪面有兩種破壞形態(tài):單面破壞和雙面破壞(見圖2).灌孔N式砌塊砌體的灰縫、砂漿和芯柱混凝土的破壞表現(xiàn)出先后性，整個試件受剪破壞時表現(xiàn)出可觀的延性性能，試驗結(jié)果與文獻[7]的結(jié)論相符.由本試驗結(jié)果得到的灌孔N式砌塊砌體受剪開裂荷載與極限荷載的比值隨灌孔率的不同表現(xiàn)為半灌孔試件為77%～82%、全灌孔試件為54%～59%.

圖2 灌孔N式砌塊砌體受剪破壞

Fig.2 Failure pattern of grouted shear specimen

3 N式砌塊砌體受剪試驗結(jié)果

砌體沿通縫截面的抗剪強度試驗值按下式計算:

fv，m=Nv/2A.(1)

式中:fv，m為砌體沿通縫截面抗剪強度試驗值，MPa;Nv為砌體抗剪破壞荷載，N;

A為砌體單面受剪面的面積，mm2.

表2為未灌孔N式砌塊砌體抗剪試驗結(jié)果，表3為灌孔N式砌塊砌體抗剪試驗結(jié)果.由表2可知，未灌孔N式砌塊砌體的抗剪強度平均值比規(guī)范抗剪平均強度公式計算值高出11%，強度變異系數(shù)為0.16.由表3可知，文獻[3]計算灌孔混凝土砌塊砌體抗剪強度的公式隨著灌孔混凝土面積的增加嚴重低估了灌孔N式砌塊砌體的抗剪能力.

表2 未灌孔N式砌塊砌體抗剪試驗結(jié)果

Tab.2 Testresultsofshearspecimens

在試驗過程中作者發(fā)現(xiàn)灰縫砂漿在砌體破壞前早就開裂退出工作，并且由試驗結(jié)果可知，灌孔率越大灰縫砂漿開裂得越早.由第1組半灌孔試件和第2組半灌孔試件的對比可知，當砂漿強度由14 MPa增大到19.71 MPa時，試件的抗剪強度幾乎沒有增加.本文根據(jù)試驗現(xiàn)象認為灌孔N式砌塊砌體的抗剪強度主要和芯柱混凝土有關(guān)，并且砌體的最終抗剪強度由芯柱混凝土決定.圖3為抗剪試件剪切面對齊程度剖切圖.普通混凝土砌塊砌體由于不能實現(xiàn)孔、肋對齊，這就削弱了剪切面上芯柱混凝土的斷面面積，影響了抗剪強度;N式砌塊砌體是一種孔、肋對齊的砌塊砌體(見圖3 (a))，在砌體的剪切面上芯柱混凝土的斷面面積保持不變，有效地提高了抗剪強度.

表3 灌孔N式砌塊砌體抗剪試驗結(jié)果及比較

Tab.3 Testresultsandcomparisonbetweentestresults

andcalculatedvalueofgroutedshearspecimens

4 灌孔砌塊砌體抗剪強度公式

由于在試驗過程中作者發(fā)現(xiàn)灰縫砂漿在砌體破壞前早就開裂退出工作，由試驗結(jié)果可知，灌孔率越大灰縫砂漿開裂得越早.本文根據(jù)以上試驗現(xiàn)象認為灌孔N式砌塊砌體的抗剪強度主要和芯柱混凝土有關(guān)，最終抗剪強度由芯柱混凝土決定.一般情況下，影響灌孔N式砌塊砌體抗剪強度最主要的幾個因素是:芯柱混凝土的強度fcu、砌體中灌孔面積與毛面積的比值α;而且還與灌孔砌塊砌體抗壓強度fg，m存在一定聯(lián)系，為了與規(guī)范的抗剪公式統(tǒng)一，本文提出了灌孔砌塊砌體抗剪強度一般表達式:

fvg，m=0.32f(α)f0.55g，m. (2)

其中f(α)為與灌孔率α有關(guān)的影響系數(shù)，通過試驗數(shù)據(jù)回歸得到:

f(α)=40.67α-61.28α2-4.63.(3)

因此灌孔砌塊砌體的抗剪強度公式可表達成如下形式:

fvg，m=(13α-19.6α2-1.48)f0.55g，m.(4)

公式(4)包含了規(guī)范的試驗數(shù)據(jù)，計算結(jié)果與本文試驗結(jié)果的比較見表3.第1組半灌孔試件:試驗值與公式(4)計算值之比的平均值為1.00，變異系數(shù)為0.15;第2組半灌孔試件:平均值1.02，變異系數(shù)0.07;第1組全灌孔試件:平均值0.96，變異系數(shù)0.13;第2組全灌孔試件:平均值1.09，變異系數(shù)0.2.從表3可以看出，公式(4)的計算值與本文的試驗結(jié)果吻合良好.

表4為式(4)與文獻[78]試驗值的比較.N式砌塊砌體是一種孔、肋對齊的砌塊砌體，在砌體的剪切面上芯柱混凝土的斷面As=Ac=αA，而其他不能實現(xiàn)孔、肋對齊(如圖3(b))的普通混凝土砌塊砌體，其剪切面上的斷面As≠Ac=αA(As為剪切面的面積;Ac為灌孔混凝土面積;A為砌體毛面積).圖4和圖5分別為文獻[8]和[7]所作抗剪試件剖面及剪切面斷面圖.將圖4中陰影部分面積比上整個灌孔混凝土面積，可得砌塊砌體剪切面實際抗剪混凝土的面積，此面積為灌孔混凝土面積的92%.如圖5所示，文獻[7]按上述方法得砌塊砌體剪切面實際抗剪混凝土的面積，此面積為灌孔混凝土面積的68%.因此，對于N式砌塊砌體來講，由于實現(xiàn)了孔、肋完全對齊，雖然灌孔率較普通混凝土砌塊砌體低，但其剪切面實際抗剪混凝土的面積較普通混凝土砌塊砌體高，使得N式砌塊砌體的抗剪強度大幅度提高.

文獻[78]的試驗值與公式(4)計算值之比的平均值為1.17，變異系數(shù)0.23.比較結(jié)果可以看出，公式(4)的計算值與文獻[78]的試驗結(jié)果吻合良好.

表4 式(4)與文獻\\[78\\]試驗值的比較

Tab.4 Comparisonbetweentestresultsofliterature

\\[78\\]andcalculatedvaluefromformula(4)

5 結(jié) 論

本文通過對30個不同灌孔率的N式砌塊進行受剪性能試驗研究，基于對試驗現(xiàn)象觀察和對試驗結(jié)果的認真分析，得出以下主要結(jié)論:

1)灌孔N式砌塊砌體的破壞由于灰縫、砂漿和芯柱混凝土的破壞有先后性，整個試件受剪破壞時表現(xiàn)出可觀的延性性能.

2)由本試驗結(jié)果得到的灌孔N式砌塊砌體受剪開裂荷載與極限荷載的比值隨灌孔率的不同表現(xiàn)為半灌孔試件77%～82%、全灌孔試件54%～59%，較普通混凝土砌塊砌體有較大提高.隨著灌孔混凝土面積的增大，N式砌塊砌體表現(xiàn)出越來越好的延性.

3)未灌孔N式砌塊砌體的抗剪強度平均值比砌體規(guī)范抗剪平均強度公式計算值高出11%，半灌孔N式砌塊砌體的抗剪強度平均值比砌體規(guī)范平均強度計算值高出5%，全灌孔N式砌塊砌體的抗剪強度平均值比砌體規(guī)范平均強度計算值高出74%~106%.

4) 灌孔N式砌塊砌體的抗剪強度主要與芯柱混凝土強度、芯柱剪切面面積與砌體毛面積的比值有關(guān).

5)建立了具有普遍性的灌孔砌塊砌體受剪強度計算公式(4)，與國內(nèi)灌孔砌體抗剪強度的試驗數(shù)據(jù)相對比表明公式(4)具有較好的精度.

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第37卷 第2期

2 0 1 0 年2 月湖南大學學報(自然科學版)Journal of Hunan Universit

y(Natural Sciences)Vol.37，No.2Feb 2 0 1 0