矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪试验研究

黄榜彪,卢强,朱基珍,黄炳章

(1.广西科技大学土木建筑工程学院，广西柳州545006;2.华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉430074)

矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪试验研究

黄榜彪1,2,卢强1,朱基珍1,黄炳章1

(1.广西科技大学土木建筑工程学院，广西柳州545006;2.华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉430074)

采用不同强度的砂浆砌筑矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪试件，按砂浆强度等级分为3组共计27个，并进行抗剪强度试验，研究其抗剪承载能力.试验结果表明:矩形孔烧结页岩砖砌体受剪破坏具有明显的脆性破坏特征.通过对试验数据的回归分析，提出了矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪强度计算公式.公式计算结果验证了对于同一强度等级的砂浆，矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪强度高于现行砌体设计规范的抗剪强度取值，表明规范抗剪强度取值适用于矩形孔烧结页岩砖砌体且有一定的安全储备.

矩形孔;烧结页岩砖;砌体;抗剪强度

0 引言

国家标准《烧结多孔砖和多孔砌块》(GB 13544-2011)中，取消了圆型孔和其它孔型，规定孔型只能采用矩形条孔或矩形孔［1］.矩形孔烧结砖相对于新标准实行前流行的圆形孔烧结砖有更高的孔洞率和更好的热工性能，更有利于节能环保［2］;另一方面，孔型的改变会造成受力时应力分布不同，所以在力学性能上存在差异.新型墙体材料一直是砌体结构材料研究的重要方向，许多专家学者对此做了大量研究［3-11］，但是关于矩形孔烧结页岩砖的研究相对较少;因此，本文对矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪强度和抗剪机理进行研究，为其推广使用提供参考.

1 试验概况

1.1 试件选用材料和试件砌筑方法

砌块采用强度等级为MU25的矩形孔烧结页岩砖(如图1所示)，几何尺寸为240 mm×115 mm×90 mm.砂浆采用混合砂浆，强度等级分为M5，M7.5和M10共3个等级.试件模型采用双剪试件(也即九砖试件)，按照砂浆强度等级分为A组(M5)，B组(M7.5)和C组(M10)，每组9个，共27个试件.为了保证砌筑质量，试件的制作过程依照国家标准《砌体基本力学性能试验方法标准》(GBT 50129-2011)和《砌体工程施工质量验收规范》(GB50203-2011)，由中等技术水平的砌筑工人砌筑，砌筑完毕后，在试件顶部平压四皮砖，保持14 d.试件在温度为15℃～20℃的室内洒水养护28 d.

图1 矩形孔烧结页岩砖Fig.1 Rectangular hole sintered shale brick

1.2 试验过程

试验采用精密液压伺服压力试验机对抗剪试件进行加载，图2(a)为试件受力示意图，图2(b)为加载装置图.试件就位前测量试件的受剪截面尺寸.试件就位时，在抗剪试件和压力机底部钢板的接触面上以及试件上部受力面上各铺一层厚度较薄的细沙，以便调整试件的水平度，并进行几何对中，使试件中心线和压力试验机的上下压板中心线重合.为保证精确测量破坏荷载，把荷载传感器放置在压力试验机器上加压板下方，由传力构件将荷载均匀地传递到试件.加载时匀速连续加荷，使试件在1 min～3 min内破坏.试验前测量试件、传感器和传力构件的重量，破坏后记录破坏荷载值及破坏特征.

图2 试件受力图和加载装置Fig.2 Force diagram of the specimen and equipment of test

2 试验结果和理论分析

2.1 试验现象

加载过程中，试件没有表现出明显的破坏征兆，当超过极限破坏极值后，仪表荷载读数回落，试件突然发生破坏，破坏过程有明显的脆性.试件最终的破坏形式可以分为单剪破坏(图3(a))、双剪破坏(图3(b))和砖体破坏(图3(c)).各种破坏形式的统计情况见表1.

当砂浆强度比较低时，主要是单剪破坏和双剪破坏，且单剪破坏要远多于双剪破坏.原因主要是2个受力面处的砌块表面平整度、施工质量有所差异，导致两侧竖向灰缝与块体的粘结强度有一定的离散性，两侧粘结强度大致相当的情况比较少.破坏先沿着比较薄弱的一侧发生时，就会出现单剪破坏;当两侧粘结强度大致相当，2个侧面共同受力，就出现双剪破坏，这种破坏比较少.砂浆强度较高时还会发生砖体破坏，原因主要是矩形孔烧结页岩砖个别孔肋较薄且边角为直角，导致该处的应力集中现象明显，容易局部开裂进一步削弱砌块承载能力，而导致砖体整个破坏.上述3种破坏形式，都伴随着砂浆键被剪断，这表明砂浆键也承担了较大的剪力.

图3 单剪破坏、双剪破坏和砖体破坏Fig.3 Single shear damage,double shear damage and the destruction of brick

表1 试件破坏统计表Tab.1 Specimens damage statistics

2.2 抗剪强度试验数据

试验的抗剪强度公式采用《砌体基本力学性能试验方法标准》(GB/T 50129-2011)中的公式:

式(1)中，fv，i表示试件抗剪强度(N/mm2)，Nv指试件破坏荷载值，A表示试件的一个受剪面面积.

整理后结果见表2，可以看出，A，B，C组的砂浆抗剪强度平均值分别为0.461 MPa，0.553 MPa和0.620 MPa，抗剪强度平均值随着砂浆强度的提高而提高.

表2 矩形孔烧结页岩砖抗剪强度Tab.2 Rectangular hole sintered shale brick masonry's shear strength

2.3 抗剪强度平均值

试验结果说明矩形孔烧结页岩砖砌体受剪破坏既包括砂浆本身的破坏，也包括砂浆和孔洞之间的销键破坏，所以抗剪强度也主要包括砂浆与砖体表面的粘结作用和砂浆的销键作用.砌体规范采用的砌体抗剪强度平均值公式如下:

式(2)中，fv，m表示砌体抗剪强度平均值，f2表示砂浆强度，k5为对试验数据拟合分析得出的系数.规范取值是对多家单位的研究数据的综合整理，对烧结多孔砖的取值为0.125.

对照上述公式，采用最小二乘法对表2的数据进行拟合回归处理，求得k5等于0.189，所以本试验的抗剪强度平均值公式为:

表3和图4将式(3)和试验数据进行了对比，有少部分试验数据小于式(3)计算出来的抗剪强度平均值，说明式(3)表示的抗剪强度有些偏高.为了提高安全性，需要调整系数k5，使试验数据尽可能落在计算公式的上方.

经过试算，取k5为0.161时，矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪强度平均值公式可以表示为:

图4 抗剪强度实测值和式(3)、式(4)的比较Fig.4 Comparisonbetweenmeasuringresultsofshearstrength andplotsofformula(3)andformula(4)

表3 各组抗剪强度最小值和式(3)的比较Tab.3 Comparison between minimum shear strength in each group and formula(3)MPa

在图4中用实线表示式(4)，A组，B组和C组试验数据落在式(4)上方;所以式(4)可以看作试验抗剪强度值的下包线，比式(3)安全性更高，建议采用式(4)计算矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪强度平均值.

2.4 抗剪强度标准值和设计值

根据砌体规范，具有95％保证率的多孔砖砌体抗剪强度标准值计算公式可以表示为［12］:

式(5)中，fv，k为抗剪强度标准值，σf表示抗剪强度的标准差.

表4列出了各组试验数据的标准差和变异系数，考虑到安全性取最大的标准差0.065，代入式(5)得到:

考虑到安全储备，将式(6)乘以折减系数0.85，得到建议的矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪强度标准值的计算式:

设计值的计算公式参考砌体规范，将上式除

以分项系数γf=1.6，得出文中建议的矩形孔烧结页岩砖抗剪强度设计值计算公式:

2.5 矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪强度和规范值的对比

表5列出了矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪试验强度的标准值和设计值以及砌体规范给出的抗剪强度标准值和设计值，其中本文得出的矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪强度设计值相比规范给出的设计值有显著提高，砂浆的销键作用对其抗剪性能的提高也有较大贡献，规范取值相对保守，有比较高的安全储备.

表4 矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪强度的标准差和变异系数Tab.4 Standard deviation and coefficient of variation of rectangular hole sintered shale brick masonry's shear strength

表5 抗剪强度标准值和设计值与规范取值的对比Tab.5 Comparison of rectangular hole sintered shale brick's and current masonry structures code's standard value and design value of shear strength MPa

3 结论

1)矩形孔烧结页岩砖砌体的抗剪破坏形式主要是单剪破坏和双剪破坏，且单剪破坏多于双剪破坏.矩形孔的孔肋较薄，应力集中现象比较明显，会降低砖体的强度导致少量的试件发生砖体破坏;

2)得出了矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪强度建议计算公式，和试验数据比较吻合，并有一定的安全储备;

3)矩形孔烧结页岩砖砌体抗剪强度取值相对砌体规范有显著提高，填充矩形孔的砂浆销键起到了重要作用.

［1］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB13544-2011烧结多孔砖和多孔砌块［S］.北京:中国标准出版社，2011.

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［12］中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50003-2011砌体结构设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2011.

Research of the shear strength of rectangular hole sintered shale brick masonry

HUANG Bang-biao1，2，LU Qiang1，ZHU Ji-zhen1，HUANG Bing-zhang1
(1.School of Civil Engineering and Architecture，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China;2.School of Optical and Electronic Information，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China)

Twenty-seven sintered shale brick masonry specimens are divided into three groups according to the mortar strength for shear strength test.The result of the test shows that the destruction of rectangular hole sintered shale brick is brittle failure.Based on the regression analysis of experimental data，the shear strength calculation formula of rectangular hole sintered shale brick masonry was proposed，which shows that average of rectangular hole sintered shale brick masonry shear strength is higher than the value of the shear strength in current masonry structures code with the same strength grade mortar.It also indicates that the current masonry structures code is applicable to the rectangular hole sintered shale brick masonry with enough safety coefficient.

rectangular hole;sintered shale brick;masonry;shear strength

TU362

A

2095-7335(2016)02-0027-05

10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2016.02.005

(学科编辑:黎娅)

2015-11-19

广西千亿元产业重大科技攻关项目(桂科攻11107021-3-5，桂科攻1099058);广西科技攻关项目(桂科攻12100007，桂科攻14126001-4);柳州市科技开发项目(2013J010404)资助.

黄榜彪，教授级高级工程师，教授，研究方向:新型建筑材料，E-mail:752359768@qq.com.