实心砌体墙体局部承压强度研究综述

姜 勇 苏小卒

局部承压是砌体结构中常见的一种受力状态，例如支承梁或屋架的端部砌体、预应力锚固端等均产生局部承压。砌体局部承压问题一直是一个争论的焦点，国内外专家对砌体局部受压计算公式提出了不同的见解和局部承压计算公式。本文总结了实心砌体结构局部均匀受压强度研究，并对该领域的研究提出了展望。

1 强度提高机理

关于砌体局部承压强度提高机理，国内外的专家学者做出了很多的分析，给出了各种各样的解释。总括主要有三种:1)库仑提出的“套箍”理论，该理论认为砌体局部承压强度提高是因为周围砌体对局部受压处砌体的“套箍”作用;2)居易翁提出的“扩散”理论，该理论认为砌体局部承压强度提高是由于力在砌体中的扩散作用;3)丁大均［1］提出的“套箍”与“扩散”相结合的理论，该理论认为砌体局部承压强度提高是由于“套箍”和“扩散”相互结合作用，两者不是简单的叠加，而是后者过来加强前者。

我国原73砌体设计规范局部承压强度提高系数表达式实际上是混凝土局部承压开裂时的计算公式，根据套箍强化理论按极限平衡原则推导得到。由于材料特性不同，砖砌体的局部承压工作和混凝土的局部承压工作有差异，且难以用套箍原理来解释边缘或角部的局部承压。唐岱新［2］等通过试验研究认为力的扩散在砌体局压强度提高中起到了主要的作用。Malek，Hendry［3］也认为用力的扩散来解释局部承压工作性质比较恰当，只要存在未直接受荷的面积及有力的扩散现象，也就能在不同程度上提高直接受压部分的强度。Arora［4］则认为局部承压强度的提高是“套箍”与“扩散”相互作用产生的。

2 试验研究

早在20世纪30年代，英国结构工程师协会［5］对36个不同墙体试件在钢梁下局部受压进行了14组试验，得到结论:在梁底设置较薄的钢板或在局部区域设置高强度块材对局部受压强度提高作用不明显，但是如果将大梁砌在墙体当中时，可以提高其承载力。Hendry［6］通过实心粘土砖墙局部承压试验研究得到结论:加载面积比(加载面积Al与墙体总面积A之比)比荷载位置更重要，建议对于加载面积比Al/A小于50%时，可将局部承压强度相对标准抗压强度提高10%。唐岱新［2］通过对砖墙局压试验结果进行回归提出了γ=1+ξ［(A-Al)/Al］1/2局部承压公式，其中，γ为相对轴压强度的提高系数;ξ为回归系数。这意味着砌体的局部承压强度由两部分所组成:1)局部承压面积本身Al的轴心抗压强度;2)非局部承压面积(A-Al)所提供的侧压力影响，有较为明确的物理概念。对于不同的局压类型给出了γ限值，最高达2.5。该文的设计建议为中国现有砌体设计规范所采纳。试验结果表明:网状配筋对于提高砌体局部承压承载力是非常有效的，开裂荷载和极限荷载均大为提高。Arora［4］对超过50个(1.8m宽1.4m高)砖墙局部承压试验数据进行拟合，提出了局压强度提高系数公式γ=K1·K2·K3(1+K4·A/Al)。其中，K1为材料影响系数;K2为墙体厚度影响系数;K3为荷载偏心影响系数;K4为加载位置影响系数;γ最高限值为2.0。Malek，Hendry［3］对296个砖砌体进行局部承压试验，研究了加载面积比、荷载位置、砌体强度对强度提高系数的影响，提高系数是基于砌体的特征抗压强度，分别对中心加载、端部加载和中部加载进行回归，得到了γ= a(Al/A)b的形式，a，b为回归系数。Page，Hendry［7］根据以往所有试验和分析结果提出了实心砌体局部承压强度提高设计建议。强度提高系数是加载面积比、加载位置的函数。其他因素如材料类型、荷载类型以及试件尺寸都包括在试验结果的离散特性当中。作者建议该设计γ对于中部加载应小于2.0，端部加载应小于1.5。建议被AS3700-1998澳大利亚砌体设计规范所采纳。

3 数值分析研究

Mann，Pfeifer［8］对集中荷载下实心砌体进行了线弹性研究，提出了简化破坏准则，认为是集中荷载下横向拉应力导致砖块开裂并最终破坏，并将提出的理论与试验结果进行比较，二者吻合得较好。Page，Ali［9，10］采用二维非线性有限元分离模型对集中荷载下的墙体的极限承载力进行模拟分析，考虑了材料非线性、砌体平面内破坏准则、材料拉伸软化效应、开裂模式等因素，对加载面积比、加载位置和墙体几何特征影响，进行了参数研究。研究表明这三个变量对集中力下局部区域的承压强度提高有很大影响。回顾了已有的设计规范，结果表明在许多情况下是偏不安全，不完整的。由参数研究结果提出了更理想的设计规则。Asteris，Syrmakezis［11］研究了集中荷载作用下砌体的强度，采用正交各向异性单元模型模拟墙体行为。考虑了砌体的材料非线性变形特性和各向异性特征，提出了一个新的砌体墙体的三阶张量多项式形式的各向异性屈服(破坏)曲面。采用参量分析了加载区长度与总长度比值，加载位置与墙端关系，墙体几何特性的影响。

4 结语

本文总结了实心砌体墙体局部均匀受压强度研究，对该领域研究有以下认识:1)由于对局部承压工作机理认识的不统一，局部承压强度提高计算公式也各不相同，现有的公式也只限于试验或者数值模拟结果拟合而成，对于局部承压强度理论研究还不成熟;2)由于砌体结构是由块材和砂浆组成的复合材料，而且在集中荷载下应力非常复杂，所以对于砌体结构非线性有限元的模拟还不成熟，特别是关于砌体破坏准则以及三维有限元模拟仍然是以后研究的方向。

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