砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力(局部受壓)解析課件

1、三、砌體的局部受壓砌體局部受壓的特點(diǎn)砌體局部均勻受壓梁端局部受壓剛性梁墊柔性梁墊1. 砌體局部受壓的特點(diǎn)概念局部受壓(以下簡(jiǎn)稱為局壓)均勻局壓非均勻局壓均勻局壓非均勻局壓 砌體局壓的三種破壞形態(tài)縱裂破壞：開(kāi)裂-裂展-裂通劈裂破壞：AL / A0太小時(shí)產(chǎn)生與墊板接觸處的砌體局壓破壞 砌體局壓強(qiáng)度提高機(jī)理傳統(tǒng)的圍箍概念-庫(kù)倫強(qiáng)度理論局壓砌體縱向壓縮，橫向膨脹，未承壓砌體起圍箍約束作用。庫(kù)倫強(qiáng)度理論難于解釋以下試驗(yàn)現(xiàn)象：AL/A0很小時(shí)，砌體強(qiáng)度可能超過(guò)磚的強(qiáng)度等級(jí)；砌體局壓破壞發(fā)生在墊板下12皮磚下，而不是局壓支承處；三面圍箍砌體的局壓強(qiáng)度為四面圍箍的1/2，而不是3/4。 砌體局壓強(qiáng)度提高機(jī)理“

2、套箍強(qiáng)化”與“應(yīng)力擴(kuò)散”的概念縱裂破壞(開(kāi)裂-裂展-裂通)的解釋：墊板下砌體處于雙向受壓狀態(tài)，因而很難被壓壞；中部以下砌體處于豎向受壓、橫向受拉的應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)x,maxft,m時(shí)，出現(xiàn)第一條豎向裂縫；當(dāng)被豎向裂縫分割的條帶內(nèi)豎向應(yīng)力達(dá)到砌體的抗壓強(qiáng)度時(shí)，砌體即破壞。劈裂破壞的解釋：隨A0/AL增大，x分布趨均勻，中線上有較長(zhǎng)的一段x同時(shí)達(dá)到ft,m而突然破壞；A0/AL比值減小，x上移，故砌體上部局壓破壞，下部軸壓破壞。 A0/AL比值接近1，力的擴(kuò)散現(xiàn)象消失，構(gòu)件轉(zhuǎn)入軸壓破壞形態(tài)。 可以認(rèn)為， A0/AL比值較小時(shí)，局壓摻帶軸壓破壞特征。2. 砌體局部均勻受壓(均勻局壓) (1)局部抗壓強(qiáng)度

3、提高系數(shù)試驗(yàn)表明，與面積比A0/AL有密切的相關(guān)關(guān)系，考慮到A0/AL=1時(shí)應(yīng)等于1，故采用下列關(guān)系式：式(3-3-1)由兩項(xiàng)組成，即砌體的局壓由兩部分組成：其一是局壓面積AL本身的抗壓強(qiáng)度；其二是非局壓面積(A0-AL)所提供的側(cè)向影響，以系數(shù)反映其作用效果。(1)局部抗壓強(qiáng)度提高系數(shù) 局壓試驗(yàn)方案2001000B370250局壓試驗(yàn)方案端部局壓局部抗壓強(qiáng)度提高系數(shù)的大小與周邊約束局壓面積的砌體截面面積有關(guān)局壓類型中部(邊緣)角部、端部中心0.3780.3640.708相關(guān)系數(shù)R0.9510.887計(jì)算式(3-3-2)(3-3-3)(3-3-4)限值2.03.0分布及其限值的確定為避免產(chǎn)生劈

4、裂破壞，應(yīng)控制A0/AL不致過(guò)大以max實(shí)現(xiàn)3.02.0中心端部、角部1 3 5 7 9 A0/AL分布曲線2.01.0 1 5 9 A0/ALcr中部、邊緣、cr3.02.01 5 9 A0/AL中心局壓、crcr(2)砌體均勻局壓的規(guī)范表達(dá)式 的限值max88規(guī)范公式的限值max中心2.5中部(邊緣)2.0角部1.5端部1.25空心磚1.5與1.25未灌實(shí)混凝土砌塊1.0(2)砌體均勻局壓的規(guī)范表達(dá)式計(jì)算面積A0取值規(guī)定P35圖3.10局壓形式A0中心(h+a+c)h且ch中部(邊緣)(b+2h)h角部(a+h)h+(b+h1-h)h1端部(a+h)h端部_直接取=1.25=1+0.35h

5、(a+h)/ah-10.5 =1+0.35(h/a)0.5一般情況下，a=(0.5-1.5)h代入后有 =1.281.51.25中部(邊緣)_直接取=1.5取a=h，即A03AL時(shí)， =1.5。3.梁端局部受壓(梁端非均勻局壓)為最常見(jiàn)的局壓應(yīng)力狀態(tài)，有均勻與非均勻兩種情況。梁端底面的壓應(yīng)力分布與梁的剛度和支座構(gòu)造有關(guān)。梁端局壓與梁端約束支承條件有關(guān)，與梁底和砌體的接觸支承條件有關(guān)(支承于砌體或梁墊)對(duì)于非均勻梁端支承處砌體的局壓，考慮其支承砌體截面面積因變形而產(chǎn)生的變化，以及局壓應(yīng)力圖形的完整，是可以將不均勻局壓轉(zhuǎn)化為均勻局壓來(lái)計(jì)算的。梁端局部受壓(均勻與非均勻)梁端局壓：a0與墻梁剛度大彎

6、曲小 中心傳力構(gòu)造裝置 均勻局壓 無(wú)約束支承應(yīng)力圖形為三角形分布有約束支承應(yīng)力呈曲線a0梁的剛度小有明顯彎曲a0(1)梁端有效支承長(zhǎng)度a01) a0的計(jì)算模式實(shí)測(cè)中a0的影響因素較多，比較復(fù)雜。除局壓荷載、梁的剛度影響之外，砌體的強(qiáng)度、砌體所處的應(yīng)力階段、局壓面積的相對(duì)位置等都有一定的影響。a0的計(jì)算模式的確定：根據(jù)哈爾濱建筑大學(xué)試驗(yàn)，并受前蘇聯(lián)規(guī)范公式的影響。(1)梁端有效支承長(zhǎng)度a0 1) a0的計(jì)算模式如圖，令：式(a)為梁端力的平衡條件，c為砌體邊緣最大局壓應(yīng)力，為梁端底面壓應(yīng)力圖形不均勻系數(shù)，隨局壓應(yīng)力不同階段而變化。式(b)為物理?xiàng)l件，按照溫克勒彈性地基梁理論而得出，K為局壓邊緣最

7、大局壓應(yīng)力c與最大豎向變形ymax的換算系數(shù)。式(c)為幾何條件，tg為梁端軸線傾角的正切。a0NL梁端轉(zhuǎn)角 C梁的撓曲變形砌體壓縮變形梁端支承壓力(1)梁端有效支承長(zhǎng)度a0 1) a0的計(jì)算模式將(b)、(c)代入(a)，則可建立a0的計(jì)算模式如下：式(3-3-7)中，當(dāng)取=0.5時(shí)，即為蘇聯(lián)規(guī)范公式；在表達(dá)式上式(3-3-7)與它是相近的，但K的物理意義和取值并不相同，K的取值應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定。(1)梁端有效支承長(zhǎng)度a0 2) 局壓破壞時(shí)a0的計(jì)算公式試驗(yàn)表明：各級(jí)荷載下的a0值是變化的。一般來(lái)說(shuō)，荷載小時(shí)a0值大，荷載大時(shí)a0值小。K值比較穩(wěn)定，除以fm差距更小。局壓位置對(duì)a0值有影響。為

8、簡(jiǎn)化計(jì)算，考慮到砌體的塑性變形等因素，取K/fm=3.55/cm，則式(3-3-7)可寫成(1)梁端有效支承長(zhǎng)度a0 2) 局壓破壞時(shí)a0的計(jì)算公式 式(3-3-8)說(shuō)明：梁端傾角大則a0值小，但梁端傾角受梁跨中允許撓度的控制，而砌體局壓破壞時(shí)并不能規(guī)定梁的傾角具體值，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可取對(duì)應(yīng)跨中撓度為L(zhǎng)/250的傾角值，亦即按tg=1/78進(jìn)行計(jì)算。按梁端無(wú)約束支承條件獲得計(jì)量單位為工程制，NL以kg計(jì)， b以cm計(jì)， fm以kg/cm2計(jì)， 以弧度計(jì)。反映了梁的剛度也反映了砌體剛度的影響。計(jì)算值與實(shí)測(cè)a0值較為接近。(1)梁端有效支承長(zhǎng)度a0 附：tg=1/78取值的由來(lái)(1)梁端有效支承長(zhǎng)度

9、a0 2) 局壓破壞時(shí)a0的計(jì)算公式經(jīng)換算為法定計(jì)量單位，式(3-3-8)變換為88規(guī)范表達(dá)式：式中NL以kN計(jì)， b以mm計(jì)， f以MPa計(jì)，取tg=1/78。(1)梁端有效支承長(zhǎng)度a0 2) 局壓破壞時(shí)a0的計(jì)算公式對(duì)于均布荷載作用下的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20時(shí)，取NL=qL/2，tg=qL3/24Bc，hc/L=1/11，考慮到混凝土梁開(kāi)裂對(duì)剛度的影響，以及長(zhǎng)期荷載剛度折減，混凝土梁的剛度Bc在經(jīng)濟(jì)含鋼率范圍內(nèi)可近似取Bc=0.3Ec Ic，且Ic=bh03/12，式(3-3-9)可簡(jiǎn)化為該式雖然簡(jiǎn)單但仍然反映了梁的剛度和砌體的剛度，為新規(guī)范所保留。(1)梁端有效支承長(zhǎng)度

10、a0 3) 梁端上部荷載對(duì)a0的影響目前尚未見(jiàn)到任何參考資料。上部荷載0的存在和增加，會(huì)導(dǎo)致實(shí)測(cè)a0值的增加。只要實(shí)際支承長(zhǎng)度a大于a0，在上部荷載作用下，a0均有不同程度的增大。這一特性必將影響有上部荷載時(shí)梁端砌體局部受壓的承載能力。不考慮上部荷載0對(duì)a0的影響，是偏于安全的。(2)梁端砌體局部受壓梁端局壓：a0與墻梁剛度大彎曲小 中心傳力構(gòu)造裝置 均勻局壓 無(wú)約束支承應(yīng)力圖形為三角形分布考慮砌體的塑性，應(yīng)力呈拋物線a0梁的剛度小有明顯彎曲a0有約束支承(2)梁端砌體局部受壓1)無(wú)上部荷載時(shí)梁端局壓試驗(yàn)表明，梁端不均勻局壓的實(shí)際值要高于均勻局壓的值，在端部局壓的情況下大約提高15%，中部局壓

11、大約提高50%。蘇聯(lián)1962年磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范： NcmRcmFcm cm=(1.5-0.5) 取=0.5當(dāng)=1.0時(shí)，cm=1；當(dāng) =0.5時(shí)，cm=0.625?？梢?jiàn)不均勻局壓的=0.625/0.5=1.25倍。我國(guó)1964年規(guī)范修訂稿取=0.625(當(dāng)時(shí)稱為局部荷載下應(yīng)力圖形修正系數(shù)，即現(xiàn)稱為的壓應(yīng)力圖形完整系數(shù))。(2)梁端砌體局部受壓1)無(wú)上部荷載時(shí)梁端局壓1980年，丁大鈞a0 xx maxex Rc梁端底面應(yīng)力與應(yīng)變(2)梁端砌體局部受壓1)無(wú)上部荷載時(shí)梁端局壓當(dāng)取n=1.1，max=2.66/a時(shí)，=0.686；當(dāng)取n=1.5，max=3.2/a時(shí)，=0.721。因此可取=0.7

12、，并推得壓應(yīng)力圖形重心e=0.39a0,也即e=0.4a0，據(jù)此可算得梁端支反力對(duì)墻體的偏心距。88規(guī)范規(guī)定：對(duì)于屋蓋梁，取e=0.33a0，這是考慮屋蓋梁上無(wú)墻體下傳的上部荷載，梁的變形較大，為安全起見(jiàn)，取梁端壓應(yīng)力圖形為三角形分布而得的。新規(guī)范為簡(jiǎn)化計(jì)算，改為屋蓋梁、樓蓋梁一律按e=0.4a0采用。(2)梁端砌體局部受壓1)無(wú)上部荷載時(shí)梁端局壓據(jù)此分析并偏于安全，建議梁端局壓強(qiáng)度按下式計(jì)算： NLALfm (3-3-11)取=0.7，按均勻局壓公式(3-3-6)采用。規(guī)范的計(jì)算公式為0.4a0hca0h(2)梁端砌體局部受壓2)上部荷載對(duì)梁端局壓強(qiáng)度的影響梁端局部受壓的承載力計(jì)算問(wèn)題曾有三

13、種意見(jiàn)：其一，為73規(guī)范的計(jì)算公式。從迭加原理出發(fā)，認(rèn)為上部墻體傳來(lái)均勻壓力只作用在梁端有效局壓面積范圍內(nèi)(N0=0AL)。其二，如前蘇聯(lián)1955年的規(guī)范。認(rèn)為上部砌體存在內(nèi)拱作用，因而無(wú)需考慮上部荷載的影響。其三，是考慮到梁端轉(zhuǎn)動(dòng)上翹，因而梁端頂面吸引了砌體擴(kuò)散角范圍內(nèi)所有的上部荷載。上部荷載對(duì)砌體局壓強(qiáng)度影響的計(jì)算公式種類較多、差異也大。(2)梁端砌體局部受壓2)上部荷載對(duì)梁端局壓強(qiáng)度的影響0NL0c系數(shù)，反映上部荷載的影響1.00 0.2 0.4 0.6 0/fmNUNL梁端局壓的內(nèi)拱卸荷作用c試驗(yàn)值分布含上傳荷載 NL=cALfm0 L0/fm=0.5時(shí) c=1.18(2)梁端砌體局部

14、受壓2)上部荷載對(duì)梁端局壓強(qiáng)度的影響試驗(yàn)現(xiàn)象均載N0(0)下，若增加梁端NL (L)則梁底壓應(yīng)力增大，但梁頂0有所下降。與軸壓比0/fm有關(guān)，軸壓比0/fm小，梁頂接觸處有水平裂縫，內(nèi)力重分布內(nèi)拱作用明顯。隨軸壓比0/fm增大，內(nèi)拱作用減小，但內(nèi)拱作用仍然存在。與面積比A0/AL有關(guān)，面積比A0/AL2時(shí)，可不考慮N0(0) ，規(guī)范取A0/AL3時(shí)不考慮N0(0) 。(2)梁端砌體局部受壓2)上部荷載對(duì)梁端局壓強(qiáng)度的影響梁端砌體局部受壓承載力計(jì)算公式N0(0)的考慮 A0/AL=1時(shí)，N0(0)必須全部考慮，內(nèi)拱作用消失 A0/AL=2時(shí)，N0(0) 考慮一半 A0/AL=3時(shí)，N0(0)可不

15、考慮(2)梁端砌體局部受壓2)上部荷載對(duì)梁端局壓強(qiáng)度的影響h0.4a0N0NL4. 剛性梁墊下砌體局部受壓墊塊適用場(chǎng)合梁端局壓強(qiáng)度不滿足要求，或墻上擱置較大的梁、桁架時(shí)采用。墊塊下砌體局壓可分為兩種情況剛性墊塊下砌體局部受壓柔性墊塊下砌體局部受壓4. 剛性梁墊下砌體局部受壓(1)剛性墊塊下砌體局壓強(qiáng)度計(jì)算模式剛性墊塊下的應(yīng)力分布與一般偏心受壓構(gòu)件接近，故剛性墊塊下砌體局壓承載力可采用偏壓的計(jì)算模式計(jì)算： N=N0+NLeAbfm式中：e=1/(1+12(e/ab)2) Ab=abbb為了利用墊塊外砌體對(duì)局壓的有利作用，改寫為 N0+NLe1Abfm式中：1=0.81 =1+0.35(A0/Ab

16、-1)0.50.8是考慮墊塊下局壓應(yīng)力分布不均勻并使之偏于安全。4. 剛性梁墊下砌體局部受壓(1)剛性墊塊下砌體局壓強(qiáng)度壁柱上設(shè)墊塊時(shí)局部受壓abtbN0NLbbtbtb120111-1壁柱上設(shè)墊塊時(shí)局部受壓0.4a0A0取壁柱范圍內(nèi)的面積4. 剛性梁墊下砌體局部受壓(1)剛性墊塊下砌體局壓強(qiáng)度墊塊下局壓2403703707403007402503704. 剛性梁墊下砌體局部受壓(1)剛性墊塊下砌體局壓強(qiáng)度 規(guī)范表達(dá)式考慮到墊塊面積比梁的端部要大得多，墻體內(nèi)拱卸荷作用不大顯著，所以上部荷載N0不考慮折減。故規(guī)范表達(dá)式寫成 NL+N01Abf式中：墊塊上軸向力NL和N0的影響系數(shù)，按高厚比3時(shí)的取用。缺角墊塊(P32圖3.6)：減小NL對(duì)墊塊的偏心距，改善墊塊下的應(yīng)力狀況，使墊塊下的應(yīng)力分布趨于均勻，從而提高局壓承載力。與梁整澆的墊塊，其受力同梁底，以bb代b，按局壓計(jì)算：4. 剛性梁墊下砌體局部受壓(2)剛性墊塊上的有效支承長(zhǎng)度88規(guī)范沒(méi)有明確規(guī)定，新規(guī)范根據(jù)哈爾濱建筑大學(xué)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)回歸表達(dá)式：4. 剛性梁墊下砌體局部受壓(2)剛性墊塊上的有效支承長(zhǎng)度新規(guī)范采用的計(jì)算公式：當(dāng)墊塊與梁端整澆時(shí)，梁端支承處砌體的受壓作簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，也可按上式與下式計(jì)算。4. 剛性梁墊下砌體局部受壓(2)剛性墊塊的構(gòu)造要求參見(jiàn)P375. 柔性梁墊下砌體局部受