第五节 砌体的变形性能

一、砌体受压应力-应变关系

砌体受压时的应力-应变关系是砌体结构的基本力学性能之一，随着应力的增加应变增加，且随后应变增长的速度大于应力增长的速度，应力-应变呈曲线关系，表明砌体为弹塑性材料，在轴心压力作用下，砌体的应力与应变关系从开始加载时就不是线性关系，应力-应变曲线不为直线；随着压应力的增大，其应变增长速度将逐渐加快，表现出明显的非线性；在接近破坏时，即使荷载增加很少，变形也会急剧增加，应力-应变图形呈曲线。砌体在轴心压力作用下的应力-应变曲线如图1-21所示。

砌体在轴心压力作用下的应力-应变关系表达式为

式中 ξ——与块材类别和砂浆强度有关的砌体变形弹性特征系数。

根据砌体轴心受压试验统计结果得ξ=460，故砌体轴心受压的应力-应变关系表达式为

二、砌体的变形模量

砌体的弹性模量E是根据砌体受压时的应力-应变曲线确定的。砌体变形模量按照图1-22确定。

1．原点弹性模量（或称初始弹性模量，简称弹性模量）E0

在应力-应变曲线的原点O作曲线的切线，该切线的斜率即为原点弹性模量，用E0表示，即

式中 α0——砌体应力-应变曲线在原点处的切线与横坐标的夹角。

砌体只有在应力很小时才呈现出弹性性能，原点弹性模量仅反映了应力很小时的砌体力学性能，不能反映实际工程中砌体的力学性能，故原点弹性模量仅用于表示材料性能。

2．割线模量

砌体应力-应变曲线的原点O与曲线上一点A（σA, εA）的连线（割线）与横坐标轴所形成的夹角α1的正切值，即为割线模量。割线模量用Es表示，即

式中 α1——割线与横坐标的夹角。

3．切线模量

在应力-应变曲线上任一点A处作一切线，此切线的斜率即为该点的切线模量，切线模量用Et表示，即

式中 α——砌体应力-应变曲线上任一点A处的切线与横坐标的夹角。

砌体为弹塑性材料，其割线模量与切线模量都随着应力的变化而变化，而原点处切线的斜率难以测准，故工程应用中没有采用上述方法确定砌体的变形模量。实际工程中砌体的应力是在一定的范围内变化，并不是一个常量。为了简化计算，并能反映砌体在一般状态下的工作性能，取应力σ=0.43fm时的割线模量作为砌体的受压弹性模量E。试验结果表明，砌体弹性模量随块材强度的增高和灰缝厚度的加大而降低，随块材厚度的增大和砂浆强度的提高而增大。《砌体结构设计规范》（GB 50003—2011）根据砂浆强度等级、砌块强度及砌体种类，把各类砌体的弹性模量列成表1-7。

单排孔且对孔砌筑的混凝土砌块灌孔砌体中芯柱混凝土参与工作，砂浆强度对砌体变形的影响相对减小，可不考虑。因此其弹性模量按式（1-14）计算，即

式中 fg——灌孔砌体的抗压强度设计值。

三、砌体的剪变模量

砌体的剪变模量G一般按照材料力学公式计算。砌体是各向异性的复合材料，其泊松比v是变量，随应力的增大而增大，分散性较大。根据试验结果，砖砌体的泊松比平均值为0.15；砌块砌体泊松比平均值为0.3。代入材料力学公式G=E/[2（1+v）]可得

近似地，取砌体的剪变模量为

四、砌体的摩擦系数和线胀系数

砌体在各种材料的表面滑动时均会受到摩擦阻力，摩擦阻力的大小与摩擦系数和压力有关，而摩擦系数又与滑动面两侧的材料种类及滑动面的干湿状态有关。砌体在各种材料表面滑动时的摩擦系数按表1-8采用。

砌体与其他材料一样也随着温度变化而产生热胀及冷缩变形，砌体的温度线胀系数按表1-9采用。

砌体在含水量降低时会产生体积减小的干缩变形，干缩变形可在砌体中产生干缩裂缝，影响砌体的整体性及受力性能，其收缩率按表1-9采用。