測定房屋砌體強(qiáng)度的原位軸壓法

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摘要：測定房屋砌體強(qiáng)度的原位軸壓法.

關(guān)鍵詞：砌體強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)安全

1 已有砌體的強(qiáng)度檢測方法

　　在砌體承重的結(jié)構(gòu)體系中，對(duì)舊建筑的加層、改建、加固、可靠度鑒定以及工程事故分析，都需獲得砌體的真實(shí)強(qiáng)度。以往評(píng)定已有砌體真實(shí)強(qiáng)度，一是通過標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得一定數(shù)量磚塊的強(qiáng)度，再用回彈儀、筒壓法、砂漿片剪切法等測得砂漿強(qiáng)度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式求得砌體試驗(yàn)強(qiáng)度。二是根據(jù)《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(BGJ 129-90)》，在墻體上鑿下一規(guī)格砌塊(對(duì)于普通磚，試件尺寸的厚×寬×高為240mm×370mm×720mm，而非普通磚由砌塊高厚比β＝3確定)，經(jīng)加工試壓獲得砌體試驗(yàn)強(qiáng)度。

　　第一種方法測定砂漿強(qiáng)度時(shí)，因?qū)ι皾{本身的強(qiáng)度有一定要求(如回彈測試，砂漿最低強(qiáng)度需在M2.0以上)，且要建立強(qiáng)度曲線，較適合評(píng)定砂漿強(qiáng)度等級(jí)，不能精確反映砂漿真實(shí)強(qiáng)度，因而有一定局限性。而第二種方法，雖能直觀準(zhǔn)確測得砌塊強(qiáng)度，但因砌塊取樣難度大，且對(duì)墻體有破壞作用，可操作性不強(qiáng)。

2 原位軸壓儀測定及其方法

　　從20世紀(jì)80年代起，我國一些大專院校和省級(jí)建筑科研院所已開始著手利用原位軸壓儀測定已有砌體強(qiáng)度的原理、方法和裝備的研究，到1995年，西安建筑科技大學(xué)先后開發(fā)研制了XY45、XY60和XY70型原位軸壓儀等定型產(chǎn)品，可直接在墻體上測試出砌體抗壓強(qiáng)度。這是目前現(xiàn)場測試已有砌體強(qiáng)度的唯一儀器，測試結(jié)果可以全面考慮磚、砂漿的變異和砌筑質(zhì)量對(duì)磚砌體抗壓強(qiáng)度的影響，較能綜合反映材料質(zhì)量和施工質(zhì)量。且作為砌體力學(xué)性能現(xiàn)場檢測的主要手段，正被編入建設(shè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)《砌體力學(xué)性能檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。它的工作特點(diǎn)是采用專用液壓系統(tǒng)對(duì)磚砌體力學(xué)性能進(jìn)行現(xiàn)場原位檢測。

　　原位軸壓儀的測定方法是先在墻體上開鑿兩條水平槽孔，安放原位壓力機(jī)，其中上水平槽尺寸應(yīng)為240mm×250mm×70mm(深×寬×高)，下水平槽尺寸為240mm×250mm×140m(深×寬×高)，(下槽的高度視壓力機(jī)型號(hào)不同而調(diào)整)，上下水平槽孔對(duì)齊，兩槽間相隔7皮磚，凈距約430mm，槽間砌體的承壓面修平整，并在上槽下表面和扁式千斤頂?shù)捻斆?，均勻鋪設(shè)厚10mm濕細(xì)砂墊層，將反力板置于上槽孔及扁式千斤頂置于下槽孔，并使兩個(gè)承壓板上下對(duì)齊后，擰緊螺母并調(diào)整其平行度，試加荷載檢查測試系統(tǒng)是否靈敏以及上下壓板和砌體受壓面接觸是否均勻密實(shí)，待正常后卸荷即開始測試。測試時(shí)分級(jí)加荷，每級(jí)荷載約為預(yù)估破壞荷載的10%，加至預(yù)估破壞荷載的80%，連續(xù)加荷直至槽間砌體破壞(當(dāng)槽間砌體裂縫急劇擴(kuò)展而壓力表指針明顯回退時(shí)，即為槽間砌體的破壞荷載)。將破壞荷載換算成槽間砌體的抗壓強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)砌體抗壓強(qiáng)度，再與設(shè)計(jì)值對(duì)比，從而判明現(xiàn)有砌體的真實(shí)強(qiáng)度。

3 原位軸壓儀測定時(shí)的計(jì)算步驟

　　(1)槽間砌體破壞荷載Nmij(kN)：根據(jù)槽間砌體破壞時(shí)的壓力表讀數(shù)減去壓力表的初始讀數(shù)，從表1查得Nmij?

　　(2)槽間砌體抗壓強(qiáng)度σμij(MPa)：σμij＝Nmij／Aij(其中Aij為第i個(gè)測區(qū)第j個(gè)測點(diǎn)的受壓面積。對(duì)普通一磚厚墻體，Aij＝240mm×240mm)。

表1 壓力表讀數(shù)與Nmij對(duì)應(yīng)表

表讀數(shù)(MPa) 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Nmij(kN) 24.987 49.974 74.961 99.948 124.935 149.922 174.909 199.896 224.883

表讀數(shù)(MPa) 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Nmij(kN) 249.870 274.857 299.844 324.831 349.818 374.805 399.792 424.779 449.766

表讀數(shù)(MPa) 19 20 21 22 23 24 25 26 27

Nmij(kN) 474.753 499.740 524.727 549.714 574.701 599.688 624.675 649.662 674.649

表讀數(shù)(MPa) 28 29 30 31 32 33 　 　

Nmij(kN) 699.636 724.623 749.610 774.597 799.584 824.571 　 　

　　(3)槽間砌體抗壓強(qiáng)度換算為標(biāo)準(zhǔn)砌體的抗壓強(qiáng)度fmij(MPa)：fmij＝σμij／ξij(ξij＝1.36＋0.54σoij為原位軸壓法的無量綱的強(qiáng)度換算系數(shù)，其中σoij為測點(diǎn)的墻體工作壓應(yīng)力，可采用按墻體實(shí)際所承受的荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算)。

　　在上述計(jì)算中，關(guān)鍵是強(qiáng)度換算系數(shù)ξij的計(jì)算，亦即測點(diǎn)墻體工作壓 應(yīng)力σoij的計(jì)算。

4 σoij的計(jì)算

4.1 一般構(gòu)造做法的普通標(biāo)準(zhǔn)磚混結(jié)構(gòu)住宅的荷載計(jì)算

　　(1)屋面荷載：厚130mm鋼筋混凝土圓孔板上做厚50mm泡沫混凝土保溫層、厚20mm水泥砂漿找平層、油氈防水層(六層作法)及頂棚抹灰厚20mm的屋面，其恒載標(biāo)準(zhǔn)值、活載標(biāo)準(zhǔn)值和荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別算得為3.34kN／m2、0.7kN／m2和4.04kN／m2。

　　(2)樓面荷載：厚130mm鋼筋混凝土圓孔板上做厚30mm細(xì)石混凝土及頂棚抹灰厚20mm的樓面，其恒載標(biāo)準(zhǔn)值、活載標(biāo)準(zhǔn)值和荷載值標(biāo)準(zhǔn)分別算得為3.09kN／m2和5.09kN／m2。

　　(3)雙面粉刷的厚240mm磚墻自重為5.24kN／m2。

　　以上數(shù)據(jù)將隨構(gòu)造做法不同而異?！?/p>

4.2 測點(diǎn)墻體工作壓應(yīng)力和強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)計(jì)算

　　(1)承重墻：σoij＝［5.24×墻高＋(5.09×N＋4.04)m×n/2］／0.24(其中墻高為測點(diǎn)以上墻體總高；N為測點(diǎn)以上樓層數(shù)；m、n為承重墻所處房間的開間、進(jìn)深)。

表2 某例6層房屋算得的σoij和ξij

檢測構(gòu)件所在層數(shù) 一 (N＝5) 二(N＝4) 三(N＝3) 四(N ＝2) 五(N＝1) 六(N＝0)

σoij

(MPa) 承重墻 1.21 0.999 0.787 0.574 0.362 0.149

非承重墻 0.36 0.295 0.23 0.164 0.098 0.033

ξij 承重墻 2.01 1.9 1.78 1.67 1.55 1.44

非承重墻 1.55 1.52 1.48 1.45 1.42 1.38

偏安全考慮：對(duì)承重墻ξij＝2；對(duì)非承重墻ξij＝1.5

(2)非承重墻：σoij＝[5.24×墻高］／0.24

舉例：房屋開間×進(jìn)深為3.3m×4.2m，高6層，層高3.0m，可得表2結(jié)果。

5 砌體強(qiáng)度評(píng)定

　　上述求得的標(biāo)準(zhǔn)砌體抗壓強(qiáng)度fmij(即為測點(diǎn)砌體的試驗(yàn)強(qiáng)度)，根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ 3-88)》換算為設(shè)計(jì)強(qiáng)度，尚需進(jìn)行如下處理。

　　(1)檢測單元測區(qū)的砌體平均抗壓強(qiáng)度(fm)：fm＝1/nΣfmi(n為檢測單元測區(qū)總數(shù))。

　　(2)測區(qū)砌體強(qiáng)度平均值與砌體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(fk)的關(guān)系：因fk＝fm－1.645σf和σf＝0.17fm，故fk＝0.72fm和fm＝1.39fk。

　　(3)砌體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(fd)的關(guān)系：因有fd＝fk／rf和rf＝1.5，故fd＝0.72fm／1.5＝0.48fm或fm＝2.08fd。

　　(4)如某六層住宅，底層、二層墻體采用強(qiáng)度等級(jí)MU10磚和M7.5砂漿砌筑，三至六層采用MU7.5磚和M5.0砂漿砌筑，使用中發(fā)現(xiàn)砌體松散，強(qiáng)度較低，要求檢測砌體實(shí)際強(qiáng)度，為加固修復(fù)提供依據(jù)。查《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ 3-88)》2.2.1.1表：MU7.5磚，M5.0砂漿，砌體設(shè)計(jì)值1.37；MU10磚，M7.5砂漿，砌體設(shè)計(jì)值1.79。檢測結(jié)果見表3，表明砌體強(qiáng)度明顯不足，僅為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%左右，需作加固補(bǔ)強(qiáng)。

表3 某實(shí)例的檢測結(jié)果

試 件 部 位 Nmij(kN)

(表1) σμij(MPa)(Aij＝0.24×0.24) ξij(表2) fmij(MPa) fd(MPa) 設(shè)計(jì)值 實(shí)測設(shè)計(jì)強(qiáng)度／設(shè)計(jì)值(%)

一單元 102南縱墻 133 2.31 1.55 1.49 0.71 1.79 40

301橫墻 185 3.21 1.78 1.80 0.86 1.37 63

二單元 201橫墻 201 3.49 1.90 1.84 0.88 1.79 49.2

401內(nèi)橫墻 133 2.31 1.67 1.38 0.66 1.37 48

三單元 106橫墻 226 3.92 2.01 1.95 0.93 1.79 51.9

601北縱墻 101 1.75 1.38 1.27 0.61 1.37 44.5

6 原位軸壓法的缺點(diǎn)

　　雖原位軸壓法是目前現(xiàn)場檢測砌體強(qiáng)度唯一的檢測方法，以其直觀方便無需取樣運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，具有一定的優(yōu)越性，但采用手動(dòng)加荷，加荷速度和加荷量不易控制，會(huì)造成砌體受力不均和偏心受力；而且壓力表讀數(shù)量程偏大，實(shí)測荷載值精度不高；周邊砌體對(duì)槽間砌體的橫向約束作用靠強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)修正，誤差較大；特別是計(jì)算過程繁雜等，存在明顯不足，尚有待有志工程結(jié)構(gòu)檢測的專業(yè)人士進(jìn)一步開發(fā)改進(jìn)。