第三篇坊工结构 第16章圬工结构的基本概念与材料 16.1圬工结构的基本概念 以砖、石材作为建筑材料，通过将其与砂浆或小石子混凝土砌筑而成的砌体所建成 的结构称为砖石结构：用砂浆砌筑混凝土预制块、整体浇筑的混凝土或片石混凝士等构 成的结构，称为混凝土结构。通常把以上两种结构统称为圬工结构。因为在公路桥涵结 构中砖的应用有限，而且主要应用的烧结砖的制造要占用农田并对环境造成污染，故本 教材未纳入砖材料相关内容。 圬工结构中的石及混凝土预制块等总称为块材。块材材料的共同特点是抗压强度高 而抗拉和抗剪强度低，因此，在桥涵工程中圬工结构常用作以承压为主的结构构件，如 圬工拱桥的拱圈、桥的重力式墩台及扩大基础、涵洞及重力式挡土培等。 圬工结构常以砌体形式出现。砌体是用砂浆将具有一定规格的块材按要求的砌筑规 则砌筑而成，并满足构件既定尺计和形状要求的受力整体。砌筑规测主要是为保证砌体 的受力尽可能均匀。如果块材排列不合理，使各层块材的竖向砌缝或灰缝重合于几条垂 直线上，则这些重合的竖向灰缝将砌体分割成彼此间不相联系和咬合的几个独立部分， 因而不能共同整体地承受外力，削弱甚至破坏结构物地整体性。为保证砌体的整体性和 受力性能，必须使砌体中的竖向灰缝互相咬合和错缝。 圬工结构之所以在桥涵结构中能得到广泛应用，是因为它有着下述主要优点： (1)天然石料、砂等原材料分布广，易于就地取材，价格低废 (2)有较强的耐久性、耐火性及稳定性，维修养护费用低： (3)施工简便，不需特殊设备，易于掌握： (4)具有较强的抗冲击性能及较大的超载性能。由于圬工结构一般体积较大，重 量大、刚度大，当构件受力时，其恒载与活载相比，恒载所占的比例较大，因而抗冲 击能力强，超载能力大： (5)与钢筋混凝土结构相比，可节约水泥和钢材，砌体砌筑时不需模板，可以节省木 材。 除以上主要优点外，圬工结构也存在明显的缺点，限制了其应用范围，例如： (1)自重大。由于砌体强度不高，特别是抗拉、抗剪强度很低，故构件截面尺 寸大，材料用量多，造成结构自重大： (2)施工周期长，机械化程度低。砌筑工作相当繁重，操作主要靠手工方式： (3)抗拉、抗弯强度很低 抗震能力差。由于砌体是靠砂浆的粘合作用将块材 形成整体，故砂浆和块材的粘结力相对较弱。 16.2材料种类 16.2.1材料种类 桥涵圬工结构的材料主要有石材、混凝土，砂浆和小石子混凝士。 1)石材 石材是无明显风化的天然岩石经过人工开采和加工后的外形规则的建筑用材。它 16-1
16-1 第三篇 圬工结构 第16章 圬工结构的基本概念与材料 16.1 圬工结构的基本概念 以砖、石材作为建筑材料，通过将其与砂浆或小石子混凝土砌筑而成的砌体所建成 的结构称为砖石结构；用砂浆砌筑混凝土预制块、整体浇筑的混凝土或片石混凝土等构 成的结构，称为混凝土结构。通常把以上两种结构统称为圬工结构。因为在公路桥涵结 构中砖的应用有限，而且主要应用的烧结砖的制造要占用农田并对环境造成污染，故本 教材未纳入砖材料相关内容。 圬工结构中的石及混凝土预制块等总称为块材。块材材料的共同特点是抗压强度高 而抗拉和抗剪强度低，因此，在桥涵工程中圬工结构常用作以承压为主的结构构件，如 圬工拱桥的拱圈、桥的重力式墩台及扩大基础、涵洞及重力式挡土墙等。 圬工结构常以砌体形式出现。砌体是用砂浆将具有一定规格的块材按要求的砌筑规 则砌筑而成，并满足构件既定尺寸和形状要求的受力整体。砌筑规则主要是为保证砌体 的受力尽可能均匀。如果块材排列不合理，使各层块材的竖向砌缝或灰缝重合于几条垂 直线上，则这些重合的竖向灰缝将砌体分割成彼此间不相联系和咬合的几个独立部分， 因而不能共同整体地承受外力，削弱甚至破坏结构物地整体性。为保证砌体的整体性和 受力性能，必须使砌体中的竖向灰缝互相咬合和错缝。 圬工结构之所以在桥涵结构中能得到广泛应用，是因为它有着下述主要优点： （1）天然石料、砂等原材料分布广，易于就地取材，价格低廉； （2）有较强的耐久性、耐火性及稳定性，维修养护费用低； （3）施工简便，不需特殊设备，易于掌握； （4）具有较强的抗冲击性能及较大的超载性能。由于圬工结构一般体积较大，重 量大、刚度大，当构件受力时，其恒载与活载相比，恒载所占的比例较大，因而抗冲 击能力强，超载能力大； （5）与钢筋混凝土结构相比，可节约水泥和钢材，砌体砌筑时不需模板，可以节省木 材。 除以上主要优点外，圬工结构也存在明显的缺点，限制了其应用范围，例如： （1）自重大。由于砌体强度不高，特别是抗拉、抗剪强度很低，故构件截面尺 寸大，材料用量多，造成结构自重大； （2）施工周期长，机械化程度低。砌筑工作相当繁重，操作主要靠手工方式； （3）抗拉、抗弯强度很低，抗震能力差。由于砌体是靠砂浆的粘合作用将块材 形成整体，故砂浆和块材的粘结力相对较弱。 16.2 材料种类 16.2.1 材料种类 桥涵圬工结构的材料主要有石材、混凝土，砂浆和小石子混凝土。 1）石材 石材是无明显风化的天然岩石经过人工开采和加工后的外形规则的建筑用材。它
具有强度高、抗冻与抗气性能好等优点，在有开采和加工能力的地区，广泛用于建造 桥梁基础、墩台、挡土墙等。桥涵结构所用石材应选择质地坚硬、均匀、无裂纹且不 易风化的石料 常用天然石料主要有花岗岩 、石灰岩等。石材根据开采方法、形状 尺寸及表面粗糙度的不同，可分为下列几类： (1)片石是由爆破或楔劈法开采的不规则石块，使用时，一般形状不受限制，但厚 度不得小于150mm,卵形和薄片不得采用。 2)块石一奶是按岩石层理放炮或瞎而成的石材。形状大致方正，上下面大 致平整，厚度为(200~300 宽度约为厚度的1.0~1.5倍，长度为厚度的1.5~3.0 倍。块石 一般不修凿，但应敲去尖角突出部分。 (3)细料石是由岩层或大块石材开劈并经修凿而成。要求外形方正，成六面体， 表面凹陷深度不大于10mm,其厚度为(200~300)mm,宽度为厚度的1.0~1.5倍，长 度为厚度的25-4.0倍。 (4)半细料石同细料石，但表面凹陷深度不大于15mm 5)粗料石 同细料石，但表面凹陷深度不大于20mm。 桥涵结构中所用的石料强度等级有MU30、MU40、MU50、MU60、MU80和MU100 其中符号MU表示石材强度等级，后面的数字是极限强度，以MPa为计量单位。石料强 度等级用200mm×200mm×200mm含水饱和试件立方体的抗压强度表示。抗压强度取 一组3块试件极限抗压强度的平均值。试件采用规定的其他尺计时，应乘以规定的换算 系数。不同强度等级石材的设计强度值及不同尺寸的石材试件强度换算系数见附表3】 和附表3-2 石材多为就地取材，因而常见于山区及其附近城市。上述石材所耗加工量不同， 以同样强度等级砂浆砌筑的三种石材，其砌体抗压极限强度、砌体表面美观程度、造 价也不同，所以石材选择应根据当地情况、施工工期和关观要求综合确定 2)混凝士 在圬工桥涵结构中，通常采用的混凝土强度等级分为C10、C15、C20、C25和C30。符号 后面的数字为试件28天龄期的极限抗压强度，以MPa为计量单位。混凝土强度设计值参 见附表3.3。 (1)混凝土预制块与细料石技术要求相同。混凝土预制块是根据结构构浩与施工 要求、设计成一定形状与尺寸 浇筑普通混凝土预制而成实心块。应用混凝土预制块 可节省石料的开采加工工作，加快施工进度：对于形状复杂的块材，当难以用石料加工 时，更可显示出其优越性。另外，由于混凝土预制块形状和尺寸统一，故砌体表面整齐 美观。 (2)整体浇筑的混凝土整体浇筑的素混凝土结构，由于混凝土收缩变形较大 施工期间容易产生混凝士收缩裂缝或温度收缩裂缝，而且浇注时耗费木材较多，工期 长，质量较难控制，故较少采用。 在圬工桥涵结构中， 不属于钢筋混凝士的低配筋气 构可归于此类。对于大体积混凝士，如桥梁墩台身等，为了节省水泥，可在其中分层 掺入含量不多于25%的片石，这种混凝土称为片石混凝土。其中片石要求不应低于表 16-1规定的石材最低强度等级且不低于混凝土强度等级（现浇混凝土），此时，片石 混凝十各项强度等级取值、弹性量和前切榄量可按同强度等级的混十采用 (3)小石子混凝 小石子混凝土 是由胶结科水泥 粗骨料（细卵石或碎石，粒 径不大于20mm)、细粒科砂)加水拌和而成。在砌筑片石、块石砌体时，若用小石子混 凝土代替砂浆，则建成的砌体称为小石子混凝土砌体，它比同强度等级砂浆来砌筑的片 石和块石砌体的抗压极限强度高，可以节省水泥和砂，在一定条件下是水泥砂浆的代用 16-2
16-2 具有强度高、抗冻与抗气性能好等优点，在有开采和加工能力的地区，广泛用于建造 桥梁基础、墩台、挡土墙等。桥涵结构所用石材应选择质地坚硬、均匀、无裂纹且不 易风化的石料。常用天然石料主要有花岗岩、石灰岩等。石材根据开采方法、形状、 尺寸及表面粗糙度的不同，可分为下列几类： （1）片石 是由爆破或楔劈法开采的不规则石块，使用时，一般形状不受限制，但厚 度不得小于150mm，卵形和薄片不得采用。 （2）块石 一般是按岩石层理放炮或楔劈而成的石材。形状大致方正，上下面大 致平整，厚度为（200～300）mm，宽度约为厚度的1.0～1.5倍，长度为厚度的1.5～3.0 倍。块石一般不修凿，但应敲去尖角突出部分。 （3）细料石 是由岩层或大块石材开劈并经修凿而成。要求外形方正，成六面体， 表面凹陷深度不大于10mm，其厚度为（200～300）mm，宽度为厚度的1.0～1.5倍，长 度为厚度的2.5～4.0倍。 （4）半细料石 同细料石，但表面凹陷深度不大于15mm。 （5）粗料石 同细料石，但表面凹陷深度不大于20mm。 桥涵结构中所用的石料强度等级有MU30、MU40、MU50、MU60、MU80和MU100， 其中符号MU表示石材强度等级，后面的数字是极限强度，以MPa为计量单位。石料强 度等级用200mm×200mm×200mm含水饱和试件立方体的抗压强度表示。抗压强度取 一组3块试件极限抗压强度的平均值。试件采用规定的其他尺寸时，应乘以规定的换算 系数。不同强度等级石材的设计强度值及不同尺寸的石材试件强度换算系数见附表3-1 和附表3-2。 石材多为就地取材，因而常见于山区及其附近城市。上述石材所耗加工量不同， 以同样强度等级砂浆砌筑的三种石材，其砌体抗压极限强度、砌体表面美观程度、造 价也不同，所以石材选择应根据当地情况、施工工期和美观要求综合确定。 2）混凝土 在圬工桥涵结构中，通常采用的混凝土强度等级分为C10、C15、C20、C25和C30。符号 后面的数字为试件28天龄期的极限抗压强度，以MPa为计量单位。混凝土强度设计值参 见附表3-3。 （1）混凝土预制块 与细料石技术要求相同。混凝土预制块是根据结构构造与施工 要求、设计成一定形状与尺寸，浇筑普通混凝土预制而成实心块。应用混凝土预制块， 可节省石料的开采加工工作，加快施工进度；对于形状复杂的块材，当难以用石料加工 时，更可显示出其优越性。另外，由于混凝土预制块形状和尺寸统一，故砌体表面整齐 美观。 （2）整体浇筑的混凝土 整体浇筑的素混凝土结构，由于混凝土收缩变形较大， 施工期间容易产生混凝土收缩裂缝或温度收缩裂缝，而且浇注时耗费木材较多，工期 长，质量较难控制，故较少采用。在圬工桥涵结构中，不属于钢筋混凝土的低配筋结 构可归于此类。对于大体积混凝土，如桥梁墩台身等，为了节省水泥，可在其中分层 掺入含量不多于25％的片石，这种混凝土称为片石混凝土。其中片石要求不应低于表 16-1规定的石材最低强度等级且不低于混凝土强度等级（现浇混凝土），此时，片石 混凝土各项强度等级取值、弹性模量和剪切模量可按同强度等级的混凝土采用。 （3）小石子混凝土 小石子混凝土是由胶结料(水泥)、粗骨料(细卵石或碎石，粒 径不大于20mm)、细粒料(砂)加水拌和而成。在砌筑片石、块石砌体时，若用小石子混 凝土代替砂浆，则建成的砌体称为小石子混凝土砌体，它比同强度等级砂浆来砌筑的片 石和块石砌体的抗压极限强度高，可以节省水泥和砂，在一定条件下是水泥砂浆的代用
品。 3)砂浆 砂浆是由一定比例的胶结料（水泥、石灰等）、细骨料（砂）及水配制而成的砌筑材料 砂浆在脚体结构中的作用是将块材粘结成整体，并在铺砌时抹平块材不平的表面而使块 材在砌体受压时能比较均匀地受力，此外，砂浆填满了块材间隙，减少了砌体的透气性， 从而提高了砌体的密实性、保温性与抗冻性 砂浆按其胶结料的不同主要有： (1)无塑性渗料的（纯）水泥砂浆：由一定比例的水泥和砂加水配制而成的砂浆，强 度较高。 (2)有塑性掺料的混合砂浆：由一定比例的水泥、石灰和砂加水配制而成的的砂浆 又称水泥石灰砂浆。 (③)石灰（石音、粘土）砂浆：胶结料为石灰（石 、粘土)的砂浆，强度较低 桥涵结构中所用的砂浆强度等级有M2.5、M5、M7.5、M10和M12.5,其中符号 表示砂浆强度等级，后面的数字是极限强度，以MP为计量单位。由于石灰砂浆及混 合砂浆的强度较低，使用性能较差，故在桥涵工程中主要采用水泥砂浆。在缺乏水泥 地区，小桥及挡土墙可用M15石灰水泥砂浆或M1石灰砂浆制筑或干脚：拱腹内护拱 可用C15混凝土或MU20石料砌筑：沉井内填料可用C10混凝土 对砌体所用砂浆的基本要求主要是强度 可塑性和保水性 砂浆的强度等级采用边长为70.7mm的标准立方体试块，标准养护28天，按统一的 标准试验方法测得的抗压强度(MP阳)表示，抗压强度取一组3块试件极限抗压强度平 均值。在工程上要求砂浆的强度要与块材的强度相配合，即块材强度高应配用强度较高 的砂浆，块材强度低宜配用强度低的砂浆。 为砌筑时能将砂浆很均匀地铺开，使砌缝均匀和密实，保证砌体质量，从而提高 体强度和砌筑效率，砂浆必须具有适当的可塑性（流动性）。砌筑时新拌砂浆在自身与 外力作用下流动的性能为砂浆的流动性。它由标准圆锥体沉入砂浆的深度测定。用于石 砌体时宜为(50~70)mm,气温较高时可适当增大。硬化后的砂浆应具有所需的强度 以及与块材间良好的粘结力 砂浆的质量在很大程度上取决于其保水性，亦即在运输、砌筑过程中保持相等质量 的能力。 砂浆保水性好，就能在块材面上铺设均匀，若砂浆保水性差，砂浆易发生离析 现象，新铺在块材上砂浆的水分很快散失或被块材吸去，使砂浆难以抹平，影向正常厨 化作用，从而降低砌体的砌筑质量。同时，砂浆因失去过多水分而不能正常硬化，降低 砂浆强度。因此，对吸水性很大的干绿块材，在砌筑脚体前必须对其砌筑表面西水湿润。 砂浆的保水性一般用分层度仪测定的分层度表示。 总体而言 对砌体所用砂浆的基本要求为 (1)砂浆应满足砌体强度、耐久性的要求，并与块材间有良好的粘结力： (2)砂浆的可塑性应保证砂浆在砌筑时能很容易且较均匀地铺开，以提高砌体强 度和施工效率： (3)砂浆应具有足够的保水性 般情况下，提高水泥砂浆的强度，其抗渗透有所提高，但砌筑质量却有所下降 为使砂浆具有适当的可塑性、保水性，提高施工效率，保证砌筑质量，可在水泥砂浆 掺入塑化剂，还可节省水泥。但应注意塑化剂的掺量应参照生产产家的规定或通过试验 确定，否则会增加灰缝中砂浆的横向变形，反而降低砌体的强度。 在砌体结构中，砂浆强度低于设计强度等级和强度离散性过大是经常发生的。其原 16-3
16-3 品。 3）砂浆 砂浆是由一定比例的胶结料(水泥、石灰等)、细骨料(砂)及水配制而成的砌筑材料。 砂浆在砌体结构中的作用是将块材粘结成整体，并在铺砌时抹平块材不平的表面而使块 材在砌体受压时能比较均匀地受力，此外，砂浆填满了块材间隙，减少了砌体的透气性， 从而提高了砌体的密实性、保温性与抗冻性。 砂浆按其胶结料的不同主要有： (1)无塑性掺料的（纯）水泥砂浆：由一定比例的水泥和砂加水配制而成的砂浆，强 度较高。 (2)有塑性掺料的混合砂浆：由一定比例的水泥、石灰和砂加水配制而成的的砂浆， 又称水泥石灰砂浆。 (3)石灰（石膏、粘土）砂浆：胶结料为石灰（石膏、粘土）的砂浆，强度较低。 桥涵结构中所用的砂浆强度等级有M2.5、M5、M7.5、M10和M12.5，其中符号M 表示砂浆强度等级，后面的数字是极限强度，以MPa为计量单位。由于石灰砂浆及混 合砂浆的强度较低，使用性能较差，故在桥涵工程中主要采用水泥砂浆。在缺乏水泥 地区，小桥涵及挡土墙可用M1.5石灰水泥砂浆或M1石灰砂浆砌筑或干砌；拱腹内护拱 可用C15混凝土或MU20石料砌筑；沉井内填料可用C10混凝土。 对砌体所用砂浆的基本要求主要是强度、可塑性和保水性。 砂浆的强度等级采用边长为70.7mm的标准立方体试块，标准养护28天，按统一的 标准试验方法测得的抗压强度（MPa）表示，抗压强度取一组3块试件极限抗压强度平 均值。在工程上要求砂浆的强度要与块材的强度相配合，即块材强度高应配用强度较高 的砂浆，块材强度低宜配用强度低的砂浆。 为砌筑时能将砂浆很均匀地铺开，使砌缝均匀和密实，保证砌体质量，从而提高砌 体强度和砌筑效率，砂浆必须具有适当的可塑性（流动性）。砌筑时新拌砂浆在自身与 外力作用下流动的性能为砂浆的流动性。它由标准圆锥体沉入砂浆的深度测定。用于石 砌体时宜为（50～70）mm，气温较高时可适当增大。硬化后的砂浆应具有所需的强度 以及与块材间良好的粘结力。 砂浆的质量在很大程度上取决于其保水性，亦即在运输、砌筑过程中保持相等质量 的能力。砂浆保水性好，就能在块材面上铺设均匀，若砂浆保水性差，砂浆易发生离析 现象，新铺在块材上砂浆的水分很快散失或被块材吸去，使砂浆难以抹平，影响正常硬 化作用，从而降低砌体的砌筑质量。同时，砂浆因失去过多水分而不能正常硬化，降低 砂浆强度。因此，对吸水性很大的干燥块材，在砌筑砌体前必须对其砌筑表面洒水湿润。 砂浆的保水性一般用分层度仪测定的分层度表示。 总体而言，对砌体所用砂浆的基本要求为： （1）砂浆应满足砌体强度、耐久性的要求，并与块材间有良好的粘结力； （2）砂浆的可塑性应保证砂浆在砌筑时能很容易且较均匀地铺开，以提高砌体强 度和施工效率； （3）砂浆应具有足够的保水性。 一般情况下，提高水泥砂浆的强度，其抗渗透有所提高，但砌筑质量却有所下降。 为使砂浆具有适当的可塑性、保水性，提高施工效率，保证砌筑质量，可在水泥砂浆中 掺入塑化剂，还可节省水泥。但应注意塑化剂的掺量应参照生产产家的规定或通过试验 确定，否则会增加灰缝中砂浆的横向变形，反而降低砌体的强度。 在砌体结构中，砂浆强度低于设计强度等级和强度离散性过大是经常发生的。其原
因主要是配料计量不准、砂子含水率变化、掺入的塑性材料质量差、配合比不当以及砂 浆试块的制作、养护方法和强度取值等不符合规范的规定。 对于圬工材料的选择，除满足承载能力的外 ,还应注意对耐久性、抗冻性等方面的 要求，以及《公路桥规》(JT022-85)中对圬工结构所用的石、混凝土材料及其砌筑砂 浆的最低强度等级要求（表16-1）。 圬工材料及其砌筑砂浆的最低强度等级 表16-1 结构物种到 材料最低强度停级 筑砂浆最低强度等 拱圈 夺 大、中桥量台及基础，粱式轻型桥台 M7.5 小桥通喷台、基，挡士墙 M5 16.2.2砌体种类 工程中根据选用块材的不同，常用的砌体可分为以下几类： 1)片石砌体砌筑时，片石应平稳放置，交错排列且相互咬紧，避免过大空隙， 并用小石块填塞空隙。片石应分层砌筑，以2一3层为一个工作层，各工作层的水平缝应大 致找平，竖缝应相互错开。砌缝宽度一般不应大于4Om,用小石子混凝士砌筑时，可为 (3070)mm. 2)块石砌体块石应平砌，每层石料高度大致相等，并应错缝砌筑，上下层错开 距离不小于80mm。砌缝宽度不宜过宽，一般水平缝不大于30mm,竖缝不超过40mm 3)粗料石砌体砌筑时石料应安放端正，严格控制平面位置和高度，保证砌缝横 平竖直。为保证强度要求和外观整齐，砌缝宽度不大于20mm,上下层竖缝错开距离不 小于100mm. 4半细料石砌体同粗料石砌体，但表面凹陷深度部大于15mm,缝宽不大于5mm 5)细料石砌体同粗料石砌体，但表面凹陷深度部大于10mm,缝宽不大于10mm。 6)混凝土预制块砌体同粗料石砌体，要求砌缝宽度不超过0mm。 上述砌体中，除片石砌体外，其余四种砌体统称为块材砌体。砌体砌筑时，应遵 循施工技术规范中砌体的砌筑规则，以保证砌体的整体性和受力性能，如砌体应分层酸 筑：里、外层砌块交错连接：为使砌体构成一受力整体，砌体中各工作层的竖向灰缝进行 上下错缝，内外搭砌，例如预制块砌体的砌合多采用一顺一顶、三顺一顶等砌筑方法。 在桥涵工程中，应根据结构的重要程度、尺寸大小、工程环境，施工条件以及材 料供应情况等综合考虑来选用砌体的种类。 砌体中的石及混凝土材料，除应符合规定的强度要求外，还应耐风化、抗侵蚀。位 于侵蚀性水中的结构物，配制砂浆或混凝士的水泥，应采用具有抗侵蚀性的特种水泥， 16-4
16-4 因主要是配料计量不准、砂子含水率变化、掺入的塑性材料质量差、配合比不当以及砂 浆试块的制作、养护方法和强度取值等不符合规范的规定。 对于圬工材料的选择，除满足承载能力的外，还应注意对耐久性、抗冻性等方面的 要求，以及《公路桥规》（JTJ022-85）中对圬工结构所用的石、混凝土材料及其砌筑砂 浆的最低强度等级要求（表16-1）。 圬 工 材 料及 其砌筑 砂浆的 最低强 度等 级 表 1 6-1 结 构 物 种 类 材料最低强度等级 砌筑砂浆最低强度等级 拱圈 MU50石材 C25混凝土（现浇） C30混凝土（砌块） M10（大、中桥） M7.5（小桥） 大、中桥墩台及基础，梁式轻型桥台 MU40石材 C25混凝土（现浇） C30混凝土（砌块） M7.5 小桥涵墩台、基础，挡土墙 MU30石材 C20混凝土（现浇） C25混凝土（砌块） M5 16.2.2 砌体种类 工程中根据选用块材的不同，常用的砌体可分为以下几类： 1）片石砌体 砌筑时，片石应平稳放置，交错排列且相互咬紧，避免过大空隙， 并用小石块填塞空隙。片石应分层砌筑，以2～3层为一个工作层，各工作层的水平缝应大 致找平，竖缝应相互错开。砌缝宽度一般不应大于40mm，用小石子混凝土砌筑时，可为 （30～70）mm。 2）块石砌体 块石应平砌，每层石料高度大致相等，并应错缝砌筑，上下层错开 距离不小于80mm。砌缝宽度不宜过宽，一般水平缝不大于30mm，竖缝不超过40mm。 3）粗料石砌体 砌筑时石料应安放端正，严格控制平面位置和高度，保证砌缝横 平竖直。为保证强度要求和外观整齐，砌缝宽度不大于20mm，上下层竖缝错开距离不 小于l00mm。 4）半细料石砌体 同粗料石砌体，但表面凹陷深度部大于15mm，缝宽不大于l5mm。 5）细料石砌体 同粗料石砌体，但表面凹陷深度部大于10mm，缝宽不大于l0mm。 6）混凝土预制块砌体 同粗料石砌体，要求砌缝宽度不超过l0mm。 上述砌体中，除片石砌体外，其余四种砌体统称为块材砌体。砌体砌筑时，应遵 循施工技术规范中砌体的砌筑规则，以保证砌体的整体性和受力性能，如砌体应分层砌 筑；里、外层砌块交错连接；为使砌体构成一受力整体，砌体中各工作层的竖向灰缝进行 上下错缝，内外搭砌，例如预制块砌体的砌合多采用一顺一顶、三顺一顶等砌筑方法。 在桥涵工程中，应根据结构的重要程度、尺寸大小、工程环境，施工条件以及材 料供应情况等综合考虑来选用砌体的种类。 砌体中的石及混凝土材料，除应符合规定的强度要求外，还应耐风化、抗侵蚀。位 于侵蚀性水中的结构物，配制砂浆或混凝土的水泥，应采用具有抗侵蚀性的特种水泥
或采用其他防护措施。累年最冷月平均气温等于或低于10℃的地区，除气候干早地区 桥梁的不受冻部位外，所选用的石材及混凝土还应符合表16-2的抗冻性指标， 过证在 多次冻融循环之后块体不至于剥落和强度降低 ,用于浸水或气候潮湿地区的受力结构的 石材，软化系数不应低于0.8，软化系数系指石材在含水饱和状态下与干燥状态下试块极 限抗压强度的比值。 石材及混凝士抗冻性指标 表162 结构物部位 大、中桥 小桥及涵洞 饰面或表面石材及混极土 50 表16-2中的抗冻性指标系指材料在含水饱和状态下经过-15℃的冻结与-20℃融 化的循环次数。试验后的材料应无明显损伤（裂缝、脱层），其强度不低于试验前的075 倍。 16.3砌体的强度与变形 16.3.1砌体的抗压强度 1)砌体的受压破坏特征 砌体是由单块块材用砂浆粘结而成，它受压时的工作性能与单一均质的整体结构有 很大的差别，而且砌体的抗压强度一般低于单块块材的抗压强度。 试验研究发现，砌体轴心受压从荷载作用开始受压到破坏大致分为下列三个阶段： 第阶段为整体工作阶段。从砌体开始加载到个别单块块材内第一批裂缝出现的阶 段。作用荷载大致为砌体极限荷载的50%~70%。此时，如外荷载作用不增加，裂缝也不 再发展。 第阶段为带裂缝工作阶段。砌体随荷载再继续增大，单块块材内裂缝不断发展， 并逐渐连接起来形成连续的裂缝。此时外荷载不增加，而已有裂缝会缓慢继续发展。 第阶段为破坏阶段。当指载再稍微增加，裂缝急剧发居，并连成几条贯通的裂缝 餐斯体分成若干压柱，各压柱零力极不均匀，最后，挂技压碎或老步稳定受致商体的砂 2)砌体受压时应力状态 从砌体受压的试验可以看到，砌体受压的一个重要的特征是单块材料先开裂，在受 压破坏时，砌体的抗压强度低于所使用的块材的抗压强度。这主要是因为砌体即使承受 轴向均匀压力，砌体中的块材实际上 是均匀受压，而是处于复杂应力状态。通过试 验观测和分析，在砌体中的单块块材内产生复杂应力状态的原因是： (1)砂浆层的非均匀性及块材表面的不平整。在砌筑时，砂浆的铺砌不可能很均 匀：拌和的砂浆不均匀性，使砌缝砂浆层各部位成份不均匀，因而砂子多的部位收缩 小，面砂子少的部位收缩大。另外，块材表面实际的不平整等，这些都导致了块材与 砂浆层并非全面接触。因此，块材在砌体受压时，实际上处于受弯、受剪与局部受压 等的复杂应力状态，如图161所示。 (2)块材和砂浆横向变形差异。一般情况下，块材的横向变形小，而砂浆的横向 变形大，但是，在砌体中的块材和砂浆间的粘结力和摩阻力约束了它们彼此的横向自 由变形，这样，块材因砂浆的影响而增大了横向变形，会受到横向拉力作用：砂浆因 块材的影响又使其横向变形减小，而处于三向受压状态。 16.5
16-5 或采用其他防护措施。累年最冷月平均气温等于或低于-10℃的地区，除气候干旱地区 桥梁的不受冻部位外，所选用的石材及混凝土还应符合表16-2的抗冻性指标，以保证在 多次冻融循环之后块体不至于剥落和强度降低。用于浸水或气候潮湿地区的受力结构的 石材，软化系数不应低于0.8，软化系数系指石材在含水饱和状态下与干燥状态下试块极 限抗压强度的比值。 石材及混凝土抗冻性指标 表16-2 结构物部位 大、中桥 小桥及涵洞 镶面或表面石材及混凝土 50 25 表16-2中的抗冻性指标系指材料在含水饱和状态下经过－15℃的冻结与－20℃融 化的循环次数。试验后的材料应无明显损伤（裂缝、脱层），其强度不低于试验前的0.75 倍。 16.3 砌体的强度与变形 16.3.1 砌体的抗压强度 1）砌体的受压破坏特征 砌体是由单块块材用砂浆粘结而成，它受压时的工作性能与单一均质的整体结构有 很大的差别，而且砌体的抗压强度一般低于单块块材的抗压强度。 试验研究发现，砌体轴心受压从荷载作用开始受压到破坏大致分为下列三个阶段： 第I阶段为整体工作阶段。从砌体开始加载到个别单块块材内第一批裂缝出现的阶 段。作用荷载大致为砌体极限荷载的50%~70%。此时，如外荷载作用不增加，裂缝也不 再发展。 第II阶段为带裂缝工作阶段。砌体随荷载再继续增大，单块块材内裂缝不断发展， 并逐渐连接起来形成连续的裂缝。此时外荷载不增加，而已有裂缝会缓慢继续发展。 第III阶段为破坏阶段。当荷载再稍微增加，裂缝急剧发展，并连成几条贯通的裂缝， 将砌体分成若干压柱，各压柱受力极不均匀，最后，柱被压碎或丧失稳定导致砌体的破 坏。 2）砌体受压时应力状态 从砌体受压的试验可以看到，砌体受压的一个重要的特征是单块材料先开裂，在受 压破坏时，砌体的抗压强度低于所使用的块材的抗压强度。这主要是因为砌体即使承受 轴向均匀压力，砌体中的块材实际上不是均匀受压，而是处于复杂应力状态。通过试 验观测和分析，在砌体中的单块块材内产生复杂应力状态的原因是： （1）砂浆层的非均匀性及块材表面的不平整。在砌筑时，砂浆的铺砌不可能很均 匀；拌和的砂浆不均匀性，使砌缝砂浆层各部位成份不均匀，因而砂子多的部位收缩 小，而砂子少的部位收缩大。另外，块材表面实际的不平整等，这些都导致了块材与 砂浆层并非全面接触。因此，块材在砌体受压时，实际上处于受弯、受剪与局部受压 等的复杂应力状态，如图16-1所示。 （2）块材和砂浆横向变形差异。一般情况下，块材的横向变形小，而砂浆的横向 变形大，但是，在砌体中的块材和砂浆间的粘结力和摩阻力约束了它们彼此的横向自 由变形，这样，块材因砂浆的影响而增大了横向变形，会受到横向拉力作用；砂浆因 块材的影响又使其横向变形减小，而处于三向受压状态
后部承 块材 不下小 图161受压时块材中的受力状 费单与沙业身明（型时（型甲泉中刺雌·由明盖聋围 性不均匀有关， 质有关。在压力作用下，水平砂浆层将 缩变形，每一砌块可视为作用在弹性地基上的梁（板），上表面承受由上部砌体传来 的压力，下表面则支撑与具有竖向变形的地基（砂浆层）上，其内部将产生弯剪应力。 这一“地基”的弹性模量越小，砌块的变形愈大，因而在砌块内产生的弯曲应力和剪 应力亦愈大 (4)竖向灰缝上的应力集中。砌体的竖向灰缝未能很好的填满 同时竖向灰缝内 砂浆和砌块的粘结力也不能保证砌体的整体性。因此，在竖向灰缝上的砌块内将发生 横向拉应力和剪应力的集中，又加快砌块的开裂，将进一步降低砌体强度。 因此，在均匀压力作用下砌体中的块材并不是处于均匀受压状态，而是处于受弯 号煎、局部受压及惜向受拉等的复杂应力状态。块材的抗弯、抗拉及抗煎强度较低】 砌体受压时，往往在远小于块材抗压强度时就出现裂缝，裂缝的扩展损害了砌体的整 体工作，导致砌体破坏。所以，砌体的抗压强度总是远低于块材的抗压强度，这是圬 工砌体受压性能不同于其他建筑材料的基本点。 3)影响砌体抗压强度的主要因素 根据砌体受压特点及应力状态分析，影响砌体抗压强度的主要因素有以下几个 方面 (1)块材的强度块材和砂浆的强度是影响砌体抗压强度的主要因素，块材和珍 浆的强度高，其砌体的抗压强度亦高，反之其砌体的抗压强度则低。块材在砌体中处 于复杂受力状态，因此，块材的抗压、抗拉、抗剪等都会是影响砌体的抗压强度 试验证明，当块材强度等级一定，砂浆强度等级不是很高时，提高砂浆强度等级， 砌体的抗压强度有较明显的增长：当砂浆强 度等级过高时，提高砂浆的强度等级对砌 体的抗压强度的提高并不明显 (2)块材形状和尺寸块材形状规则的程度也显著影响着砌体的抗压强度。块材 表面不平整，形状不规则，则会造成砌缝厚度不均匀，从而使砌体抗压强度降低。 砌体强度随块材厚度的增大而增加。这是由于随若块材厚度的增加，其截面面积和 纸抗相应加大 砌缝数量减少。提高了块材抗弯、抗剪及抗拉能力，这样砌体的 抗压强度也得到提 (3)砂浆的物理力学性能除砂浆的强度直接影响砌体的抗压强度外，砂浆的标 号越低，块材与砂浆的横向变形差异愈大，从而降低砌体的强度。但单纯提高砂浆标 号并不能使砌体抗压强度有很大提高。 砂浆的可塑性和流动性对砌体的强度亦有影响。可塑性和流动性好的砂浆，容易铺 成厚度和密实性均匀的砌体 ,因而可减小块材内的弯剪应力，使砌体强度提高。但若码 浆内水分过多，可塑性和流动性虽好，由于砌缝的密实性降低，砌体的强度反而下降。 砂浆的弹性模量的大小对砌体强度亦具有决定性的影响，砂浆的弹性模量越大，相 应砌体的强度越高。 16-6
16-6 受弯 块材 砂浆 局部承压 图16-1 受压时块材中的受力状态 （3）弹性地基梁的作用。砌体内弯曲应力和剪应力的值不仅与灰缝的厚度和密实 性不均匀有关，而且还与砂浆的弹性性质有关。在压力作用下，水平砂浆层将产生压 缩变形，每一砌块可视为作用在弹性地基上的梁（板），上表面承受由上部砌体传来 的压力，下表面则支撑与具有竖向变形的地基（砂浆层）上，其内部将产生弯剪应力。 这一“地基”的弹性模量越小，砌块的变形愈大，因而在砌块内产生的弯曲应力和剪 应力亦愈大。 （4）竖向灰缝上的应力集中。砌体的竖向灰缝未能很好的填满，同时竖向灰缝内 砂浆和砌块的粘结力也不能保证砌体的整体性。因此，在竖向灰缝上的砌块内将发生 横向拉应力和剪应力的集中，又加快砌块的开裂，将进一步降低砌体强度。 因此，在均匀压力作用下砌体中的块材并不是处于均匀受压状态，而是处于受弯、 受剪、局部受压及横向受拉等的复杂应力状态。块材的抗弯、抗拉及抗剪强度较低， 砌体受压时，往往在远小于块材抗压强度时就出现裂缝，裂缝的扩展损害了砌体的整 体工作，导致砌体破坏。所以，砌体的抗压强度总是远低于块材的抗压强度，这是圬 工砌体受压性能不同于其他建筑材料的基本点。 3）影响砌体抗压强度的主要因素 根据砌体受压特点及应力状态分析，影响砌体抗压强度的主要因素有以下几个 方面： (1)块材的强度 块材和砂浆的强度是影响砌体抗压强度的主要因素，块材和砂 浆的强度高，其砌体的抗压强度亦高，反之其砌体的抗压强度则低。块材在砌体中处 于复杂受力状态，因此，块材的抗压、抗拉、抗剪等都会影响砌体的抗压强度。 试验证明，当块材强度等级一定，砂浆强度等级不是很高时，提高砂浆强度等级， 砌体的抗压强度有较明显的增长；当砂浆强度等级过高时，提高砂浆的强度等级对砌 体的抗压强度的提高并不明显。 (2)块材形状和尺寸 块材形状规则的程度也显著影响着砌体的抗压强度。块材 表面不平整，形状不规则，则会造成砌缝厚度不均匀，从而使砌体抗压强度降低。 砌体强度随块材厚度的增大而增加。这是由于随着块材厚度的增加，其截面面积和 抵抗矩相应加大，砌缝数量减少。提高了块材抗弯、抗剪及抗拉能力，这样砌体的 抗压强度也得到提高。 (3)砂浆的物理力学性能 除砂浆的强度直接影响砌体的抗压强度外，砂浆的标 号越低，块材与砂浆的横向变形差异愈大，从而降低砌体的强度。但单纯提高砂浆标 号并不能使砌体抗压强度有很大提高。 砂浆的可塑性和流动性对砌体的强度亦有影响。可塑性和流动性好的砂浆，容易铺 成厚度和密实性均匀的砌体，因而可减小块材内的弯剪应力，使砌体强度提高。但若砂 浆内水分过多，可塑性和流动性虽好，由于砌缝的密实性降低，砌体的强度反而下降。 砂浆的弹性模量的大小对砌体强度亦具有决定性的影响，砂浆的弹性模量越大，相 应砌体的强度越高
(4)砌缝厚度砂浆水平砌缝越厚，砌体强度越低。因为砌缝较厚，施工时愈难密 实均匀，导致块材的复杂应力状态更严重。另外，砌缝越厚，将加大砂浆砌缝与块材横 向变形的差异，块材的横向拉应力越大 实我证明灰缝厚度在（10~12)mm为宜 (⑤)砌筑质量砌筑灰缝的施工质量也影响砌体的抗压强度。砂浆铺砌均匀、饱满 可以改善块材在砌体内的受力性能，使之较均匀受压，因而可提高砌体的抗压强度。 反之则降低砌体强度。 4)砌体抗压强度设计值 《公路桥规》(JTJ022-85)中规定的石材及混凝土预制块砌体抗压强度设 计值采用的是极限强度∫，详见附表3-3、附表3-4、附表3-7和附表3-8。施工阶 段砂浆尚未硬化的新砌彻体的强度，可按砂浆强度为零讲行验算。强度为零的到 浆是指施工阶段尚未凝结或用冻结法施工解冻阶段的砂浆 16.3.2砌体的抗拉、抗弯与抗剪强度 砌体的抗拉、抗弯和抗剪强度远低于其抗压强度，因此，应尽可能使圬工砌体主要 用于承受压力为主的结构中，但在实际工程中，砌体受拉、受弯或受剪情况也常会遇到， 如图162a)所示挡土墙，在墙后土的测压力作用下，使挡土墙砌体发生沿通缝截面1. 的弯曲受拉：图16-2b)所示有扶壁挡土墙，在垂直截面中将发生沿齿缝截面2-2的弯曲 受拉：图16-2)所示的拱脚附近，由于水平推力的作用，将发生沿通缝截面3-3的受剪。 3 图！62调体宫曲受拉及直按受曾示意图 通缝弯曲受拉b)沿齿缝弯曲受拉 c通缝受剪 试验表明，在多数情况下，砌体的受拉、受弯及受剪破坏一般发生于砂浆与块材的 连接面上。因此，砌体的抗拉、抗弯与抗剪强度取决于砌缝强度，亦即取决于砌缝间块 材与砂浆的粘结强度。因而只有在砂浆与块材间的粘结强度很大时，才可能产生沿块材 本身的破坏。 按照砌体受力方向的不同，砂浆与块材间的粘结强度分为两类 一类是平行于砌锋 的切向粘结强度[图163a]: 一类是垂直于砌缝的法向粘结强度[图16-3b)]。在1 常情况下，粘结强度和砂浆强度有关。但砂浆与块材间的法向粘结强度不易保证，所以 在实际工程中不允许设计成利用法向粘结强度的受拉构件。 块 b) 图16-3粘结强度 a副切向粘结强度b)法向粘结强度 16-7
16-7 (4)砌缝厚度 砂浆水平砌缝越厚，砌体强度越低。因为砌缝较厚，施工时愈难密 实均匀，导致块材的复杂应力状态更严重。另外，砌缝越厚，将加大砂浆砌缝与块材横 向变形的差异，块材的横向拉应力越大。实践证明灰缝厚度在（10～12）mm为宜。 (5)砌筑质量 砌筑灰缝的施工质量也影响砌体的抗压强度。砂浆铺砌均匀、饱满 可以改善块材在砌体内的受力性能，使之较均匀受压，因而可提高砌体的抗压强度。 反之则降低砌体强度。 4）砌体抗压强度设计值 《公路桥规》（JTJ022-85）中规定的石材及混凝土预制块砌体抗压强度设 计值采用的是极限强度 cu f ，详见附表3-3、附表3-4、附表3-7和附表3-8。施工阶 段砂浆尚未硬化的新砌砌体的强度，可按砂浆强度为零进行验算。强度为零的砂 浆是指施工阶段尚未凝结或用冻结法施工解冻阶段的砂浆。 16.3.2 砌体的抗拉、抗弯与抗剪强度 砌体的抗拉、抗弯和抗剪强度远低于其抗压强度，因此，应尽可能使圬工砌体主要 用于承受压力为主的结构中，但在实际工程中，砌体受拉、受弯或受剪情况也常会遇到， 如图16-2a）所示挡土墙，在墙后土的侧压力作用下，使挡土墙砌体发生沿通缝截面1-1 的弯曲受拉；图16-2b）所示有扶壁挡土墙，在垂直截面中将发生沿齿缝截面2-2的弯曲 受拉；图16-2c）所示的拱脚附近，由于水平推力的作用，将发生沿通缝截面3-3的受剪。 ) ) ) 图16-2 砌体弯曲受拉及直接受剪示意图 a)通缝弯曲受拉 b)沿齿缝弯曲受拉 c)通缝受剪 试验表明，在多数情况下，砌体的受拉、受弯及受剪破坏一般发生于砂浆与块材的 连接面上。因此，砌体的抗拉、抗弯与抗剪强度取决于砌缝强度，亦即取决于砌缝间块 材与砂浆的粘结强度。因而只有在砂浆与块材间的粘结强度很大时，才可能产生沿块材 本身的破坏。 按照砌体受力方向的不同，砂浆与块材间的粘结强度分为两类。一类是平行于砌缝 的切向粘结强度［图16-3a)］；一类是垂直于砌缝的法向粘结强度［图16-3b)］。在正 常情况下，粘结强度和砂浆强度有关。但砂浆与块材间的法向粘结强度不易保证，所以 在实际工程中不允许设计成利用法向粘结强度的受拉构件。 块材 砂浆 块材 砂浆 a) b) 图16-3 粘结强度 a)切向粘结强度 b)法向粘结强度
1)轴向受拉 面交生城红衣平的轴向拉力作用下，商体可能有两种酸环特 一是沿砌体齿缝 ,破坏面呈齿状，如图164a)所示，其强度主要取决于砌缝与块材间切向 粘结强度：二是砌体沿竖向砌缝和块材破坏，如图16-4b)所示，其强度主要取决于块材 的抗拉强度。 当拉力N作用方向与水平砌锋垂直时，向体可能沿通锋载面发生破坏「图164门，其 强度主要取决于砌缝与块材的法向粘结强度 N N N 图16-4轴心受拉砌体的破坏形式 a)沿齿缝破坏b)沿块体和竖向缝破坏©)沿水平面缝面破坏 2)弯曲抗拉 砌体处于弯曲状态时 可能沿如图16-2)所示的通缝截面发生破坏，此时砌体弯 曲抗拉强度主要取决于砂浆与块材间的法向粘结强度。亦可能沿如图16-2)所示的齿 缝截面发生破坏，其强度主要取决于砌体中砌块与砂浆间的切向粘结强度。 al 图165受剪砌体的破坏形式 a)沿水平砌缝破坏b)沿齿缝破坏 3)抗剪 砌体处于剪切状态时，则有可能发生通缝截面受剪破坏[图165a)],其抗剪强 度主要取决于块材间砂浆的切向粘结强度。也可能发生沿如图165b)所示的截面破坏 其抗剪强度与块材的抗剪强度和砂浆与块材之间的切向粘结强度有关。对规则块材， 砌体的齿缝抗剪强度取决于块材的抗剪强度，不计灰缝的抗剪作用。 砂浆砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉和直接抗剪极限强度值见附表35：小石子混凝土砌 块石、片石砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉和直接抗剪极限强度值分别见附表3-7和附表3-8。 16.3.3砌体的其他性能 1)砌体的弹性模量 圬工砌体受压应力应变关系是砌体结构的基本力学性能之一，它是砌体结构破坏机 理、内力分析、承载力计算乃至进行非线性全过程分析的重要依据。从各类无筋砌体轴 心受压试验中发现，虽然各类砌体的应力应变曲线不完全相同，但从总的趋势看，都 16-8
16-8 1）轴向受拉 在平行于水平砌缝的轴向拉力作用下，砌体可能有两种破坏情况：一是沿砌体齿缝 截面发生破坏，破坏面呈齿状，如图16-4a）所示，其强度主要取决于砌缝与块材间切向 粘结强度；二是砌体沿竖向砌缝和块材破坏，如图16-4b）所示，其强度主要取决于块材 的抗拉强度。 当拉力N作用方向与水平砌缝垂直时，砌体可能沿通缝截面发生破坏［图16-4c)］，其 强度主要取决于砌缝与块材的法向粘结强度。 ) ) ) 图16-4 轴心受拉砌体的破坏形式 a）沿齿缝破坏 b）沿块体和竖向缝破坏 c）沿水平面缝面破坏 2）弯曲抗拉 砌体处于弯曲状态时，可能沿如图16-2a）所示的通缝截面发生破坏，此时砌体弯 曲抗拉强度主要取决于砂浆与块材间的法向粘结强度。亦可能沿如图16-2b）所示的齿 缝截面发生破坏，其强度主要取决于砌体中砌块与砂浆间的切向粘结强度。 a) b) 图16-5 受剪砌体的破坏形式 a）沿水平砌缝破坏 b）沿齿缝破坏 3）抗剪 砌体处于剪切状态时，则有可能发生通缝截面受剪破坏［图16-5a)］，其抗剪强 度主要取决于块材间砂浆的切向粘结强度。也可能发生沿如图16-5b）所示的截面破坏， 其抗剪强度与块材的抗剪强度和砂浆与块材之间的切向粘结强度有关。对规则块材， 砌体的齿缝抗剪强度取决于块材的抗剪强度，不计灰缝的抗剪作用。 砂浆砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉和直接抗剪极限强度值见附表3-5；小石子混凝土砌 块石、片石砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉和直接抗剪极限强度值分别见附表3-7和附表3-8。 16.3.3 砌体的其他性能 1）砌体的弹性模量 圬工砌体受压应力应变关系是砌体结构的基本力学性能之一，它是砌体结构破坏机 理、内力分析、承载力计算乃至进行非线性全过程分析的重要依据。从各类无筋砌体轴 心受压试验中发现，虽然各类砌体的应力应变曲线不完全相同，但从总的趋势看，都
具有混凝土应力应变曲线的特点。由于砌体具有弹塑性性质，当应力很小时，可以近 似地认为砌体具有弹性性质。随着荷载的增加，变形增加速度加快，应力与应变具有越 来越明显的非线性关系，在接近破坏时，荷载即使增加很少，其变形也急剧增加，如图 16-6所示。 图166商体受压时的应力应变曲线 根据砌体受压时的应力应变曲线可知，与混凝土一样，砌体的受压弹性模量一般 也有三种表示方法，即初始弹性模量（原点弹性模量）、割线模量和切线模量。砌体 受压后，由于塑性变形的发展，砌体制线模量及切线模量是变量， 它们随应力的增大 而减小。但在工程设计中，需要即能反映砌体的受力性能而取值标准又明确的弹性模 量。由于在工程实际中，砌体的实际受压应力一般不超过(0.30.4)，在此范围内， 应力一应弯曲线与线较接折。因此，《公路桥规》(TU02285)采用较为简化的 果，取应力为0.43倍的砌体抗压强度极限值的割线模量作为设计中取用的砌体弹性模 量，用E来表示。各类砌体的受压弹性模量E取值见附表3-9。 2)砌体的线膨张系数收缩变形与摩擦系数 虽然砌体材料对温度变形的敏感性较小，但在计算超静定结构由于温度变化等引 起的附加内力时则必须予以考虑。温度变形的大小是随砌筑块材 的不同而不同 当温度每升高1℃，用水泥砂浆砌筑的各种圬工砌体的线膨胀系数见表16-3。 码体的线膨胀系数 表163 混减土便制块调体 细料石、半细料石、粗料石、块石、片石酶体 砌体浸水时体积膨胀，失水时体积收缩（干缩变形），后者比前者大得多， 在工程中较为关心的是砌体的干缩变形。因干缩变形常常在结构中产生较亚重的裂缝 干缩变形是指砌体在不承受应力的情况下，因体积变化而产生的变形。一般通过砌体 收缩试验确定干缩变形的大小，如对混凝土预制块砌体，其28天的干缩变形约为 0 2mm/m 国内外的许多研究结果表明，砌体截面上作用的垂直压应力是影响体抗剪强度 的重要因素。由于水平灰缝中砂浆产生较大的剪切变形，剪切面将出现相对水平滑移， 当受剪面上还作用有垂直压应力，垂直压应力所产生的摩擦力可减小或阻止砌体剪切 16-9
16-9 具有混凝土应力应变曲线的特点。由于砌体具有弹塑性性质，当应力很小时，可以近 似地认为砌体具有弹性性质。随着荷载的增加，变形增加速度加快，应力与应变具有越 来越明显的非线性关系，在接近破坏时，荷载即使增加很少，其变形也急剧增加，如图 16-6所示。 d d E = A B 图16-6 砌体受压时的应力应变曲线 根据砌体受压时的应力-应变曲线可知，与混凝土一样，砌体的受压弹性模量一般 也有三种表示方法，即初始弹性模量（原点弹性模量）、割线模量和切线模量。砌体 受压后，由于塑性变形的发展，砌体割线模量及切线模量是变量，它们随应力的增大 而减小。但在工程设计中，需要即能反映砌体的受力性能而取值标准又明确的弹性模 量。由于在工程实际中，砌体的实际受压应力一般不超过（0.3~0.4） cu f ，在此范围内， 应力—应变曲线与割线较接近。因此，《公路桥规》（JTJ022-85）采用较为简化的结 果，取应力为0.43倍的砌体抗压强度极限值的割线模量作为设计中取用的砌体弹性模 量，用 E m 来表示。各类砌体的受压弹性模量 E m 取值见附表3-9。 2）砌体的线膨胀系数、收缩变形与摩擦系数 虽然砌体材料对温度变形的敏感性较小，但在计算超静定结构由于温度变化等引 起的附加内力时则必须予以考虑。温度变形的大小是随砌筑块材种类的不同而不同。 当温度每升高1℃，用水泥砂浆砌筑的各种圬工砌体的线膨胀系数见表16-3。 砌体的线膨胀系数 表 16-3 砌体种类 线膨胀系数（10-6 /℃） 混凝土 10 混凝土预制块砌体 9 细料石、半细料石、粗料石、块石、片石砌体 8 砌体浸水时体积膨胀，失水时体积收缩（干缩变形），后者比前者大得多，因此 在工程中较为关心的是砌体的干缩变形。因干缩变形常常在结构中产生较严重的裂缝。 干缩变形是指砌体在不承受应力的情况下，因体积变化而产生的变形。一般通过砌体 收缩试验确定干缩变形的大小，如对混凝土预制块砌体，其28天的干缩变形约为－ 0.2mm/m。 国内外的许多研究结果表明，砌体截面上作用的垂直压应力是影响砌体抗剪强度 的重要因素。由于水平灰缝中砂浆产生较大的剪切变形，剪切面将出现相对水平滑移， 当受剪面上还作用有垂直压应力，垂直压应力所产生的摩擦力可减小或阻止砌体剪切
面的水平滑移。砌体摩擦系数的大小，取决于接触砌体摩擦面的材料种类和干湿情况 等。砌体的摩擦系数4，可参照表164选用。 混凝土和砌体的剪变模量G和Gm分别取其受压弹性模量的0.4倍 砌体的摩擦系数山， 表16-4 材料种类 摩振面特况 干燥 瘍体沿璃体或混凝土滑动 0.70 0.60 木材沿制体滑动 0.60 0.50 钢沿体滑动 0.45 0.35 体沿妙或卵石滑动 0.60 00 物体沿粉士滑动 0.55 0.40 陶体沿粘性土滑动 0.50 0.30 复习思考题与习题 161圬工结构的特点以及所用材料的共同特点是什么？对圬工材料的选择有哪些要 求？ 16-3石材是怎样分类的？有哪几类？ 16-4石料强度等级、砂浆强度等级是如何确定的？ 165什么是砂浆？其在砌体结构中的作用是什么？砂浆按其胶结料的不同分为哪几 种 16-6什么是小石子混凝土、片石混凝土？为什么有时用小石子混凝士代替砂浆？ 167对砌体所用砂浆、石材及混凝土材料有哪些基本要求？ 168为什么砌体的抗压强度低于所使用的块材的抗压强度？ 169为什么砌体中的块材实际上而是处于复杂应力状态？ 16-10试述影响砌体抗压强度的主要因素及其原因。 161试述砌体的受拉、受弯及受剪破坏的破坏形式。 16-10
16-10 面的水平滑移。砌体摩擦系数的大小，取决于接触砌体摩擦面的材料种类和干湿情况 等。砌体的摩擦系数 f 可参照表16-4选用。 混凝土和砌体的剪变模量Gc和Gm分别取其受压弹性模量的0.4倍。 砌体的摩擦系数 f 表 16-4 材料种类 摩擦面情况 干燥 潮湿 砌体沿砌体或混凝土滑动 0.70 0.60 木材沿砌体滑动 0.60 0.50 钢沿砌体滑动 0.45 0.35 砌体沿砂或卵石滑动 0.60 0.50 砌体沿粉土滑动 0.55 0.40 砌体沿粘性土滑动 0.50 0.30 复习思考题与习题 16-1 圬工结构的特点以及所用材料的共同特点是什么？对圬工材料的选择有哪些要 求？ 16-2 什么是砌体？为什么砌体砌筑要满足一定的砌筑规则? 根据选用块材的不同，常 用的砌体有哪几类？ 16-3 石材是怎样分类的？有哪几类？ 16-4 石料强度等级、砂浆强度等级是如何确定的？ 16-5 什么是砂浆？其在砌体结构中的作用是什么？砂浆按其胶结料的不同分为哪几 种？ 16-6 什么是小石子混凝土、片石混凝土？为什么有时用小石子混凝土代替砂浆？ 16-7 对砌体所用砂浆、石材及混凝土材料有哪些基本要求？ 16-8 为什么砌体的抗压强度低于所使用的块材的抗压强度？ 16-9 为什么砌体中的块材实际上而是处于复杂应力状态？ 16-10 试述影响砌体抗压强度的主要因素及其原因。 16-11 试述砌体的受拉、受弯及受剪破坏的破坏形式
