原位轴压法检测普通砖砌体抗压强度

第三章原位轴压法检测普通砖砌体抗压强度原位轴压法是通过原位压力机直接在墙体上对一定范围的砌体进行抗压强度试验，从而得到砌体的抗压强度的方法，这种方法与通过测试砖和砂浆的强度来间接推算砌体的抗压强度的方法比较，更为直观和可靠，测试的结果不仅反映了砖和砂浆的强度对砌体抗压强度造成的影响，更重要的是，该方法还反映了砌筑质量对砌体抗压强度的影响。该方法的局限性在于检测和计算过程较为繁琐，会对砌体结构造成局部的损伤，不适于大量采用，同时只适用于240mm厚的普通砖（包括粘土砖、灰砂砖、页岩砖等）砌体进行。1、原位轴压法检测砌体抗压强度的相关标准原位轴压法检测砌体抗压强度依据的是国家标准《砌体工程现场检测技术标准》GB/T50315-2000。2、原位轴压法的主要仪器设备和工作原理原位轴压法的主要仪器设备是原位压力机，见图3.1。由扁式千斤顶、承压板、钢拉杆、压力表等组成。图3.1原位压力机现场检测示意原位轴压法的检测原理是先在墙体上开凿上下两条水平槽孔，安放原位压力机，利用原位压力机上的液压千斤顶按照规定的速度手动分级加压，直至槽间砌体破坏，得到槽间砌体的抗压强度，通过计算，将槽间砌体的抗压强度换算为标准砌体的抗压强度。原位压力机上的仪表显示的力值，往往与真实的力值存在一定的误差，这是因为压力机或压力表在使用过一段时间后其某些性能会发生一定的变化，因此，在检测前需要知道压力机上的显示力值与真实力值的关系，这就需要有资质的计量部门对原位压力机上的力值进行校验，规范中规定，原位压力机的力值，每半年应校验一次。压力表承压板钢拉杆扁式千斤顶加压杆螺母有些原位压力机的仪表显示的是油压，经过校验可以得到油压的变化与压力大小的关系。下表为实际某台原位压力机在校验后得到的显示力值与真实力值的关系。表3.1试验力（kN）显示值（kN）线性方程备注200206Y=0.971X+2.454Y代表试验力，也就是实际的力值，X代表仪表显示值。300307400411500505600615700718800825线性方程可以利用EXCEL软件很方便的得到。3、检测的技术要求（1）检测部位宜选择在墙体的中部距楼、地面1m左右的高度处，槽间砌体每侧的墙体宽度不应小于1.5m。距地面1m的高度主要是出于仪器安装和检测方便的角度来考虑的，对槽间砌体每侧墙体宽度的规定是为了保证槽间砌体两侧有足够的约束墙体，防止因约束不足而出现剪切破坏，影响试验精度。（2）同一墙体上，测点不宜多于1个，且宜选在沿墙体长度的中间部位；多于1个时，其水平间距不得小于2.0m。这项规定也是为了防止因约束不足而出现剪切破坏以及防止对原结构形成较大破坏。（3）测试部位不得选在挑梁下、应力集中部位以及墙梁的墙体计算高度范围内。这些部位受力情况较为特殊，不具备有代表性。墙梁是由托梁与其上部计算范围内的墙体的组合体。在计算中，墙梁要考虑到托梁以上墙体对结构的影响，要计算墙体对托梁刚度的有利影响。所以，在实际工程中。按墙梁计算的托梁配筋比没有考虑墙梁作用的托梁配筋要少。不过墙梁的计算比较繁琐，所用规范比较复杂，在现在的设计里，多不按墙梁计算。墙梁范围内的墙体是当做梁来考虑的，因此不具备代表性。（4）上下水平槽孔应对齐，两槽之间应相距7皮砖。两槽间距过大，槽间砌体的抗压强度将趋近于砌体的局部受压强度，（局部受压砌体的抗压强度高于砌体抗压强度，这是因为局部受压区砌体的横向变形受到周围未直接承受压力部分砌体的约束，使该处的砌体处于三向或双向受压应力状态，其局部抗压强度比一般情况下的抗压强度有所提高，即“套箍强化作用”。）两槽间距过小时，水平灰缝过少，砌体强度将接近块体强度，在一般情况下，相隔7皮砖时，可获得槽间砌体的最低强度。（5）开槽时应避免扰动四周的砌体；槽间砌体的承压面应修平整，避免出现局部受压或偏心受压的情况。4、检测的过程（1）确定检测数量和部位原位轴压法可进行单个构件的检测，也可划分检测单元来推定检测单元的砌体抗压强度标准值，GB/T50315-2000中第6页对检测单元的抽检数量进行了规定，即每一检测单元内，应随机选择6个构件（单片墙体）作为6个测区，当一个检测单元不足6个构件时，应全部选择，每个测区布置一个测点（即一个检测部位）进行检测。检测部位的选择应满足本章第3大点的要求。（2）安装原位压力机首先在上槽内的下表面和扁式千斤顶的顶面，分别均匀铺设湿细砂或石膏等材料的垫层，垫层厚度可取10mm，这样做的目的是使槽间砌体的承压面平整，使槽间砌体均匀受压。然后将上承压板置于上槽孔，扁式千斤顶置于下槽孔，安放四根钢拉杆，使上下承压板对齐后，拧紧螺母并调节平行度，四根钢拉杆的上下螺母间的净距误差不应大于2mm。（3）试加荷载在正式测试前应进行试加荷载试验，试加荷载值可取预估破坏荷载的10%。试加的目的是检查测试系统的灵活性和可靠性，以及上下承压板和砌体受压面接触是否均匀密实，避免出现局部受压或偏心受压的情况，经试加荷载正常后卸荷，准备正式加荷试验。预估破坏荷载可根据设计或实测砖抗压强度、砌筑砂浆抗压强度，查《砌体结构设计规范》GB50003-2001中的相关表格得到砌体抗压强度设计值，然后乘以材料性能分项系数1.6，得到对应的砌体抗压强度标准值，然后再乘以槽间砌体的受压面积（一般是240mm×240mm）得到。材料性能分项系数是按承载能力极限状态设计时，考虑材料性能不确定性并和结构可靠度相关联的分项系数。荷载设计值等于荷载标准值乘以相应的荷载分项系数、材料强度设计值等于材料强度标准值除以相应材料分项系数。材料强度标准值是材料强度的代表值，一般取概率分布的0.05分位值，具有95%的保证率。在进行承载力计算时，采用的是材料强度设计值，它是在标准值的基础上，除以一个大于1的材料性能分项系数得出的，因此，材料强度设计值具有更高的保证率。（4）正式加载正式加载时应该分级加载，每级荷载取预估破坏荷载的10%，在1min～1.5min内均匀加完，然后恒载2min。在加荷至预估破坏荷载的80%后，按原定速度连续加荷，直至槽间砌体破坏。槽间砌体达到极限状态的标识是：裂缝急剧扩展和增多，油压表的指针明显回退。在正式加载时，应仔细观察槽间砌体初裂裂缝与裂缝开展情况，记录逐级荷载下的油压表读数、测点位置、裂缝随荷载变化情况简图。（5）数值计算A、计算槽间砌体的抗压强度fuij（MPa），fuij=Nuij/Aij，式中Nuij为槽间砌体的受压破坏荷载值（N），Aij为槽间砌体的受压面积（m2），一般为240mm×240mm。B、将fuij换算为标准砌体的抗压强度fmij（MPa），fmij=fuij/ζlij（截塔），式中ζlij（截塔）为无量纲的强度换算系数，ζlij（截塔）=1.36+0.54δOij（德尔塔），式中δOij（德尔塔）为该测点上部墙体的压应力（MPa），其值按墙体实际承受的荷载标准值计算。槽间砌体的抗压强度，是在有侧向约束的条件下的现场检测值，由于《砌体结构设计规范》GB50003-2001中采用的是无侧向约束条件下的标准值（既标准砌体的抗压强度标准值），因此需要将检测值进行换算，才能使用，有关解释见GB/T50315-2000第55页中的条文说明。例题一：某六层砌体结构房屋，屋面板和楼板均为120mm厚现浇钢筋混凝土结构，屋面的活载标准值为0.7kN/m2，楼面的活载标准值为2.0kN/m2，墙体为240mm厚烧结普通砖墙，层高2.8m，局部尺寸见图3.2，现拟在一层某墙体中部进行原位轴压法检测，位于一层的槽间砌体上方墙体高度为1m，试计算槽间砌体上部墙体的压应力δOij。图3.2答：屋面荷载标准值：0.12×25+0.7=3.7kN/m2；楼面荷载标准值：0.12×25+2.0=5.0kN/m2；每平方米墙体自重标准值：19×0.24=4.56kN/m2；槽间砌体上方墙体总高：1+2.8×5=15m槽间砌体上方1m长的墙体自重标准值：4.56×15=68.40kN/m；楼屋盖板荷载作用范围的面积：（（0.9+4.2）×（3.3/2）/2）×2=8.42m2；作用范围内楼屋面荷载总重：3.7×8.42+5.0×8.42×5=241.65kN作用范围内墙体总重：68.40×4.2=287.28kN作用范围内荷载总重：241.65+287.28=528.93kN330033004200拟检测墙体楼板相关荷载作用范围900压应力δOij=528930/（4200×240）=0.525MPa注：本例题在计算中未考虑装修荷载、圈梁自重、门窗洞口。例题二：假设上题中砖的设计强度等级为MU10，砌筑砂浆的设计强度等级为M7.5，试验破坏荷载为245kN，槽间砌体的受压面积为240mm×240mm，被检砌体的实际抗压强度是否满足设计要求？答：计算槽间砌体的抗压强度fuij，fuij=245000/（240×240）=4.25MPa；将fuij换算为标准砌体的抗压强度fmij，fmij=4.25/（1.36+0.54×0.525）=2.60MPa；根据砖和砌筑砂浆的设计强度等级查GB50003-2001中的表3.2.1-1，得到砌体抗压强度设计值为1.69MPa，则对应的砌体抗压强度标准值为1.69×1.6=2.70MPa＞2.60MPa，故被检砌体的实际抗压强度未达到设计要求。（6）检测单元的强度评定当检测的构件数量≥6时，fk=fm-k×s，式中fk为砌体抗压强度标准值（MPa）；fm为同一检测单元的检测构件砌体抗压强度平均值（MPa）；k为强度标准值计算系数（查GB/T50315-2000中的表可得）；s为同一检测单元内各检测构件的强度标准差。当检测的构件数量＜6时（在全检的情况下），fk=fmi，min，式中fmi，min为同一检测单元中，检测构件砌体抗压强度的最小值。