对砌体剪-压破坏准则的研究

第34卷第4期 2O07年4月 湖南大学学报(自然科学版) JournalofHunanUniverSity(NaturalSciences) V01．34．No．4 Apr．2O07 文章编号：1000．2472(2007)04．0019一05 对砌体剪一压破坏准则的研究‘ 刘桂秋’，施楚贤，黄靓 (湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082) 摘 要：对现有国内外剪压砌体破坏准则进行了分析比较，并指出了其中的不足．基于 力学原理，采用数理统计分析法建立了剪一压砌体破坏准则．相对而言，该破坏准则不仅能 反映剪一压砌体可能出现的各种破坏形式，而且不同破坏形式之间有明确的界限，力学概念 明确，适用于各类砌体．由该准则推得的砌体抗剪强度计算值与试验结果、现行 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 取值吻 合较好，形式简单，便于计算，可供砌体结构理论分析和工程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 时参考． 关键词：剪压；砌体；破坏准则；抗剪强度 中图分类号：TU362．02 文献标识码：A AnalysesoftheFailureCriteriaofMasonryinCompression—Shear LIUGui—qiu十，SHIChu—xian，HUANGLiang (CollegeofCiviIEngineering-HunanUniv．Changsha．Hunan410082。China) Abstract：AnalysisandcomparisonhavebeenmadeonthefailurecriteriaofmaSonryincompreSsion-shearat homeandabroad，andtheirshortcomingshavebeenpointedout．ThefailurecriteriaofmasonryincompreSsion— shearhavebeenestablishedonthebasisofmechanicprinciplesandstatisticalmethod．Bycontrast，thefailure crite“acannotonlyreflectpmbablethreekindsofdestructionofmasonryincompreSsion—shear，butalSoprovide definiteboundaryvaluesamongdifferentfailureH10des．ThemechanicalconceptisexactandsuitabletoaUkinds ofmasonry．TheshearstrengthvaluesofmaSonryderivedfromthefailurecriteriafoundedbythispaperagreed betterwiththetestingresultsandthecurrentcodesvalues．Theformoftheformulaeissimple，easytobecalcu— latedandcanpr。videreferencefbrtheoreticalanalysisandengineeringdesignofmasonry． Keywords：compression—shear；maSonry；failurecriteria；shearstrength 砌体的破坏准则是砌体结构非线性有限元分 析、判别砌体是否破坏的依据．砌体是由块体、水平 灰缝和竖向灰缝组成的一种非匀质 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ，灰缝的存 在使得砌体具有明显的方向性，且结构中砌体的受 力有的比较复杂，使得建立完整、准确的砌体破坏准 则有相当的难度。 单轴应力状态下，因受力简单，一般直接用砌体 轴心抗拉强度、轴心抗压强度或抗剪强度作为砌体 的破坏准则．复杂应力状态下，砌体的破坏准则相对 复杂些． ^收稿日期：2006—04—30 基金项目：建设部砌体结构规范管理组项目 作者简介：刘桂秋(1965一)，女，湖南株洲人，湖南大学副教授，博士 f通讯联系人，E-mail：Liu-guiqiu@163．com 混合结构房屋中的墙体既是承受竖向荷载的受 压构件，亦是承受水平荷载的抗侧移构件，尤其是抗 震设防地区以及中高层建筑中大部分的墙体处于剪 压状态．剪压状态下砌体破坏准则一直受到国内外 学者的重视，他们提出了各自不同的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式【1-8J， 这对完善砌体结构基本理论具有十分重要的意义． 正确、合理地选择剪压状态下砌体的破坏准则， 是砌体剪力墙有限元分析和砌体结构设计的前提． 本文对现有砌体破坏准则进行分析，指出其存在的 问题和不足，并提出了解决的方法，以便于工程设计 万方数据 20 湖南大学学报(自然科学版) 2007年 和理论分析时参考． 1 对现有剪压砌体破坏准则的评述 1．1 仃n。口p。f状态下 1．1．1按受压破坏和受拉破坏表达的破坏准则 P．B．Louren∞，J．G．Rots研究砌体剪力墙水 平力与水平位移关系时，将砌体破坏分为2种类型， 即受拉破坏和受压破坏⋯．受拉破坏准则表达式为 (盯。一厂t。)+(盯y一，。，)．————1——一十．／f亟五乞心12+ar!，：o．(1)^f ，’ ”‘xy 。‘ 、‘7 受压破坏准则表达式为 蔗+p旒+茉+y彘1一o，㈤ 式中：仃。，口。分别为砌体沿水平灰缝切向和法向的 应力；^。，^。分别为砌体沿水平灰缝切向的抗拉、 抗压强度；厂t，，^，分别为砌体沿水平灰缝法向的抗 拉、抗压强度；口，y为系数。反映剪应力对受拉和受 压破坏的影响；卢为系数，反映正应力(盯。，口，)之间 的耦合影响． 上述准则反映了砌体沿z，y方向分别具有不 同的抗拉，抗压强度的正交各向异性特点，适用于砖 砌体、砼砌块砌体，能较精确地预计剪力墙的破坏荷 载，并能模拟包括下降段在内的受力全过程．不足的 是不能模拟砌体剪力墙可能出现的剪切滑移破坏 形式． 1．1．2按砂浆层的滑移破坏、砖开裂和节点的破坏 以及砌体的受压破坏表达的破坏准则 U．Andreaus采用改进的莫尔一库仑理论、最大 拉应变准则和最大压应力准则，将砌体破坏形式归 纳为3种类型：砂浆层的滑移破坏、砖开裂和节点的 破坏以及砌体的受压破坏[2|． 当砌体内的剪应力r达到按下式确定的抗剪 强度时，产生砂浆层的滑移破坏： r2一(C。一∥。)2≤0， (3) 式中：C。为有效粘结力；卢为砌体沿水平灰缝切向 滑移的摩擦因数；d。为法向应力，以拉为正． 当法向压应力较大时，砖及节点处开裂，水平灰 缝节点不产生滑移破坏，其破坏由极限主拉应变控 制，其破坏准则表达式为 r2召{[eu一丢(每。+鲁％胆 丢(等旷等盯。)2}≤o， ㈩百I百盯p一百盯n／f≮U’ ∽) 式中：￡。为极限拉应变，取1．O×10～；u⋯口。p分别 为砌体沿水平灰缝法向和切向的泊松比；E。，E。分 别为砌体沿水平灰缝法向、切向的弹性模量；盯。，盯。 分别为砌体沿水平灰缝法向、切向的应力，以拉为 正． 当法向压应力更大时，砌体呈受压破坏，其破坏 由最大压应力控制，破坏准则表达式为 r2一(d。一五)(口。一^)≤0， (5) 式中：．厂c为砌体沿最小主应力方向的双轴抗压 强度． U．Andreaus提出的破坏准则表达式(3)，(4)和 (5)弥补了P．B．kuren∞所提出的破坏准则的不 足，能够解释剪压砌体可能出现的各种破坏现象，即 滑移、受拉破坏及受压破坏现象，但因公式中出现的 参数较多，过于复杂，直接用于设计存在困难和 不便． 1．2 仃。。f状态下 1．2。1国外学者提出的砌体抗剪强度表达式 Hegemier基于正应力、剪应力沿块体、砂浆层 均匀分布的假设，提出了砌体沿水平灰缝、竖向灰缝 截面上的抗剪强度表达式[3|． 对于水平灰缝受剪面： r=0．248+0．89盯： 对于竖向灰缝受剪面： (6) r=0．310+0．84盯． (7) Hamid基于相同的假设，提出了砼空心砌块砌 体沿水平灰缝受剪面上的抗剪强度表达式． r=0．51+1．07仃． (8) Hegemier按照块体、砂浆实际应力分布，采用 弹性有限元法分析推得了砌体抗剪强度表达式． 对于水平灰缝受剪面： r=0．386+0．867叮； 对于竖向灰缝受剪面： (9) r=0．448+O．875口． (10) №id同样采用弹性有限元法分析，得到砼空心 砌块砌体沿水平灰缝受剪面上的抗剪强度表达式： r=0．53+1．20口． (11) 式(6)～(11)具有相同的形式，即r=r0+肛， 只是式中的剪切粘结强度ro和剪切摩擦因数乒取 值不同，而且只适用于竖向压应力盯相对较小的情 形，竖向压应力相对较大或更大时则不适用．因此， 式(6)～(11)仅仅反映某阶段内竖向压应力对砌体 万方数据 第4期 刘桂秋等：对砌体剪一压破坏准则的研究 21 抗剪强度的影响规律，具有局限性． Ahmad亦提出了灌芯砼砌块砌体的抗剪强度 r。。表达式I41． 灌芯砼强度较低时， r。g=0．786+1．08盯。； (12) 灌芯砼强度较高时， r。g=1．076+1．54盯。． (13) 式(12)和(13)是基于砼砌块抗压强度为19．7 MPa、砂浆抗压强度为21．44MPa、芯柱砼抗压强度 分别为14．43MPa和36．89MPa时的双剪试件试 验结果统计回归得到的．因此，式(12)和(13)不能反 映块体、砂浆及灌芯砼强度的变化对砌体抗剪强度 的影响。同时也只适用于竖向压应力相对较小时的 情形。公式的应用范围受到限制，很难在工程设计中 直接应用． 1．2．2剪切破坏假说 Riddington，GhazaIi研究发现，竖向压应力盯。 小于2MPa时，砌体剪切破坏是由于灰缝节点滑移 引起的，竖向压应力d。对砌体抗剪强度r。的影响 规律用图1中的直线A表达；竖向压应力口。较大 时，砌体剪切破坏是由于砂浆层的受拉破坏引起的， 竖向压应力玎。对砌体抗剪强度r。的影响规律用图 1中的线B表达；竖向压应力仃。很大时，砖砌体受 压破坏成为主要的破坏特征，竖向压应力盯。对砌体 抗剪强度r。的影响规律用图l中的线C表达¨J． 图1剪切破坏假说 Fig．1Shearfailurehypothesis 该研究的意义在于揭示了竖向压应力盯。对砌 体抗剪强度的影响规律．竖向压应力d。较小时，竖 向压应力盯。的增大对砌体抗剪有利，砌体因节点滑 移引起剪切破坏；竖向压应力盯。较大时，竖向压应 力盯。的增大对砌体抗剪影响不大，砌体因砂浆受拉 破坏引起剪切破坏；竖向压应力口。更大时，竖向压 应力的增大反而对砌体抗剪不利，因砌体压坏而引 起剪切破坏．该研究不足的是图1中描述的破坏准 则未给出明确的表达式，因而不能直接应用． 1．2．3骆万康等提出的砌体抗剪强度表迟式 骆万康等依据M2．5，M5．0，M7．5和M10四种 强度的砂浆与MUl0页岩砖砌成的231个砌体的 剪压试验结果得到砌体剪压相关曲线【6J，如图2所 示．由图2可知，在do饥=O～O．6区间，随口。饥 的增大，砌体抗剪强度增大，但增大幅度逐步减小； 盯。饥。>0．6后，砌体抗剪强度迅速下降，直到盯o／ 厂m=1．0时为零．以剪压复合受力影响系数表达的 砌体抗剪强度表达式为 ^．。=凡．。+叩盯ok， (14) 式中：a为不同种类砌体的修正系数；．“为剪压复合 受力影响系数；盯。k为竖向压应力 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值． 对于砖砌体，当仃。饥≤0．8时， F=0．83—0．7盯ok饥； (15) 当O。8≤玎。饥≤l，0时， F=1．690—1．775口ok／．厂m． (16) ：巩‘ o-8 0．66 礤I ／ 、 Q6 0_4玲 ：(15) f／ 、L眈 按栖) 、Q17 0 Q2 0-4 O．6 0．8 1．o为 图2砌体剪压相关曲线 Fig．2Thecompre鸽ion—shearreIevantcurveofmasonry 1。2．4作者提出的砌体抗剪强度表达式 基于文献[7]的试验结果并通过分析，当仃。／厂m ≤0．32时(盯。为墙体内的竖向压应力，厶为砌体抗 压强度平均值)，砌体呈剪切滑移破坏，砌体抗剪强 度平均值^．。可由下式确定 ，v．。=凡。。+0．5口，． (17) 当0．32≤盯。仃。≤0．67时，砌体的破坏由主拉 应力大小所控制： 一≥+√(≥)‘+口r：，≤凡，。． (18) 式中的系数口反映砌体的弹塑性性质和剪应 力对破坏的影响．根据试验资料[7l，统计回归系数口 可取0．655，由式(18)得到砌体抗剪强度平均值 ^．。的表达式： ^．。=^，。~／1．53+13．5口，／，二． (19) 万方数据 22 湖南大学学报(自然科学版) 2007年 当0．67≤仃。／，。≤1．0时，砌体的破坏由主压 应力大小所控制： 一≥一√(≥)‘+肛：，≥一^． (20) 式中的系数卢同样用以反映砌体的弹塑性性 质和剪应力对破坏的影响．根据试验资料[7l，统计 回归系数口可取2．5，由式(20)得到砌体抗剪强度 平均值^．。的表达式： ．，'v。=厂m~／0．4(1一盯，饥)． (21) 按上述方法确定的砌体抗剪强度与实测值进行 比较，如表1、图3所示．按式(17)，(19)和(21)确定 的砌体抗剪强度与实测值吻合较好，且能较好地反 映竖向压应力对砌体抗剪强度的影响规律． 表1 砌体抗剪强度计算值，v．。与实测值Z．。之比 Tab。lcomparisonbetweencaIcuIatedvalues厶．mandexperimentaIvaIuesr．mofshearstrengthofma∞nry 口／，m 0 0．1 O．2 0．3 O．4 0．5 O．6 O．7 O．8 O．9 ，2=3．22(MPa)1．822 1．065 1．014 O．936 1．017 0．979 1．064 1．004 0．863 O．563 ^=5．30(MPa)1．436 0．862 O．959 O．894 O．934 O．964 l。020 1．075 O．898 O．685 ，2=6．56(MPa)1．130 O．937 O．986 O．949 O．946 0．988 1．073 1．201 0．898 ^=9．26(MPa)1．165 O．862 0．884 O．996 1．010 1．045 1．100 O。975 1．029 1．942 平均值 1．056 1．012 1．012 变异系数 O．237 O．051 O．351 缄 o．．晖o 0365 0．30 0273 0∞ o．10 图3按本文提出的破坏准则确定的 砌体抗剪强度与实测值的对比 Fig．3Comparisonbetweenthevaluesofshear strengthofmasonryderivedfromthefailurecrite“a putforwardbythispaperandexperimentalvalues 按式(17)，(19)和(21)确定的砌体抗剪强度 ．厂v．。与按式(14)，(15)和(16)确定的砌体抗剪强度 ．疋．。进行比较，如表2、图4所示．用上述方法推得的 砌体抗剪强度计算值(图4中的①)不仅与实测值吻 合较好，而且与骆万康提出的方法，即式(14)，(15) 和(16)确定的砌体抗剪强度计算值(图4中的②)亦 吻合较好，竖向压应力d。对砌体抗剪强度的影响规 律是一致的． 作者提出的破坏准则确定的砌体抗剪强度的计 算方法与骆万康提出的计算方法相比，有如下改进． 本方法能反映不同竖向压应力下砌体可能出现的3 种破坏形式，即剪切滑移破坏、受拉破坏及受压破 坏，而且3种破坏均有明确的定义和判别准则，力学 表2砌体抗剪强度计算值，v．。与以．。的比较 Tab．2ComparisonbetweencaIculatedValues，v．m and一．mofshearst他ngthofm豁onry 概念明确．其中，剪切滑移破坏采用库仑理论描述； 受拉破坏由主拉应力大小所控制；受压破坏由主压 应力大小所控制．口，／．厂m取0．32是剪切滑移破坏与 受拉破坏的界限，仃，厂厂m取0．67是受拉破坏与受压 破坏的界限．剪压相关关系由3段折线组成，取值明 确，又相互衔接．骆万康提出的剪压相关关系以d。／ ．f。取0．8为界线分为上升部分和下降部分，其中上 升部分包含的2种破坏之间无明确的界限．此外，其 上升部分和下降部分均采用库仑理论，只是口取为 万方数据 第4期 刘桂秋等：对砌体剪一压破坏准则的研究 23 竖向压应力的函数，是一个变值而已 工．。怃 图4砌体抗剪强度^．。与以．。的比较 Fig．4(bmparisonbetweenshearstrength、ralues ofmaS0nry^．mand一．m 2 剪压砌体破坏准则的统一模式的讨论 实际工程中，因应力盯，(或d；)相对于应力盯n (或盯。)和r往往很小，可忽略不计，故此时剪压状 态下的砌体仅考虑应力口。(或巧，)和z．的作用． 式(17)～(21)是砖砌体在剪压状态下的破坏准 则，对于其他类型砌体，同样是适用的，只是其中的 系数a，口取值不同，分别由相应的试验结果确定 (具体的取值，将在另文中讨论)． 3 结论 作者建立的剪压砌体破坏准则不仅较全面地反 映了砌体可能出现的破坏形式，而且力学概念明确、 形式简单，适用于各类砌体．由该准则推得的砌体抗 剪强度计算值与试验结果、现行规范取值吻合较好， 可供砌体结构分析和工程设计时参考[91． 参考文献 [1]LOuRENc0PB，ROTsJG．Asolutionforthenlacr争modeling ofmaS0nrystructures[c]／／Proceedingof1lthInternatjonal Brick／BkkMaSonryconference．Shanghai：TongjiUniversity， 1997：1239—1249． [2]ANDREAuSu．FhilurecriteriaformasDnrypanelsunderin． planeIoading[J]．JournalofStructuralEngineering，ASCE， 1996(1)：37—46． [3]RAHMANMA，ANANDSC，ANANDSc．EmpiricaImohr． 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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hndxxb200704005.aspx