測定房屋砌體強度的原位軸壓法

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摘要：測定房屋砌體強度的原位軸壓法.

關鍵詞：砌體強度 結構安全

1 已有砌體的強度檢測方法

　　在砌體承重的結構體系中，對舊建筑的加層、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強度。以往評定已有砌體真實強度，一是通過標準試驗方法測得一定數(shù)量磚塊的強度，再用回彈儀、筒壓法、砂漿片剪切法等測得砂漿強度，根據(jù)經(jīng)驗公式求得砌體試驗強度。二是根據(jù)《砌體基本力學性能試驗方法標準(BGJ 129-90)》，在墻體上鑿下一規(guī)格砌塊(對于普通磚，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強度。

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

2 原位軸壓儀測定及其方法

　　從20世紀80年代起，我國一些大專院校和省級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度的原理、方法和裝備的研究，到1995年，西安建筑科技大學先后開發(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度。這是目前現(xiàn)場測試已有砌體強度的唯一儀器，測試結果可以全面考慮磚、砂漿的變異和砌筑質量對磚砌體抗壓強度的影響，較能綜合反映材料質量和施工質量。且作為砌體力學性能現(xiàn)場檢測的主要手段，正被編入建設部部頒標準《砌體力學性能檢測技術標準》。它的工作特點是采用專用液壓系統(tǒng)對磚砌體力學性能進行現(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，其中上水平槽尺寸應為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型號不同而調整)，上下水平槽孔對齊，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?，均勻鋪設厚10mm濕細砂墊層，將反力板置于上槽孔及扁式千斤頂置于下槽孔，并使兩個承壓板上下對齊后，擰緊螺母并調整其平行度，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，待正常后卸荷即開始測試。測試時分級加荷，每級荷載約為預估破壞荷載的10%，加至預估破壞荷載的80%，連續(xù)加荷直至槽間砌體破壞(當槽間砌體裂縫急劇擴展而壓力表指針明顯回退時，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度和標準砌體抗壓強度，再與設計值對比，從而判明現(xiàn)有砌體的真實強度。

3 原位軸壓儀測定時的計算步驟

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

　　(2)槽間砌體抗壓強度σμij(MPa)：σμij＝Nmij／Aij(其中Aij為第i個測區(qū)第j個測點的受壓面積。對普通一磚厚墻體，Aij＝240mm×240mm)。

表1 壓力表讀數(shù)與Nmij對應表

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)槽間砌體抗壓強度換算為標準砌體的抗壓強度fmij(MPa)：fmij＝σμij／ξij(ξij＝1.36＋0.54σoij為原位軸壓法的無量綱的強度換算系數(shù)，其中σoij為測點的墻體工作壓應力，可采用按墻體實際所承受的荷載標準值計算)。

　　在上述計算中，關鍵是強度換算系數(shù)ξij的計算，亦即測點墻體工作壓 應力σoij的計算。

4 σoij的計算

4.1 一般構造做法的普通標準磚混結構住宅的荷載計算

　　(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，其恒載標準值、活載標準值和荷載標準值分別算得為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細石混凝土及頂棚抹灰厚20mm的樓面，其恒載標準值、活載標準值和荷載值標準分別算得為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)將隨構造做法不同而異?！?/p>

4.2 測點墻體工作壓應力和強度分項系數(shù)計算

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

表2 某例6層房屋算得的σoij和ξij

檢測構件所在層數(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：對承重墻ξij＝2；對非承重墻ξij＝1.5

(2)非承重墻：σoij＝[5.24×墻高］／0.24

舉例：房屋開間×進深為3.3m×4.2m，高6層，層高3.0m，可得表2結果。

5 砌體強度評定

　　上述求得的標準砌體抗壓強度fmij(即為測點砌體的試驗強度)，根據(jù)《砌體結構設計規(guī)范(GBJ 3-88)》換算為設計強度，尚需進行如下處理。

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

　　(2)測區(qū)砌體強度平均值與砌體強度標準值(fk)的關系：因fk＝fm－1.645σf和σf＝0.17fm，故fk＝0.72fm和fm＝1.39fk。

　　(3)砌體強度標準值和強度設計值(fd)的關系：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、二層墻體采用強度等級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，強度較低，要求檢測砌體實際強度，為加固修復提供依據(jù)。查《砌體結構設計規(guī)范(GBJ 3-88)》2.2.1.1表：MU7.5磚，M5.0砂漿，砌體設計值1.37；MU10磚，M7.5砂漿，砌體設計值1.79。檢測結果見表3，表明砌體強度明顯不足，僅為設計強度的50%左右，需作加固補強。

表3 某實例的檢測結果

試 件 部 位 Nmij(kN)

(表1) σμij(MPa)(Aij＝0.24×0.24) ξij(表2) fmij(MPa) fd(MPa) 設計值 實測設計強度／設計值(%)

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

　　雖原位軸壓法是目前現(xiàn)場檢測砌體強度唯一的檢測方法，以其直觀方便無需取樣運輸?shù)忍攸c，具有一定的優(yōu)越性，但采用手動加荷，加荷速度和加荷量不易控制，會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，實測荷載值精度不高；周邊砌體對槽間砌體的橫向約束作用靠強度分項系數(shù)修正，誤差較大；特別是計算過程繁雜等，存在明顯不足，尚有待有志工程結構檢測的專業(yè)人士進一步開發(fā)改進。