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测定房屋砌体强度的原位轴压法
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摘要：测定房屋砌体强度的原位轴压法.
关键词：砌体强度 结构安全
1 已有砌体的强度检测方法
在砌体承重的结构体系中，对旧建筑的加层、改建、加固、可靠度鉴定以及工程事故分析，都需获得砌体的真实强度。以往评定已有砌体真实强度，一是通过标准试验方法测得一定数量砖块的强度，再用回弹仪、筒压法、砂浆片剪切法等测得砂浆强度，根据经验公式求得砌体试验强度。二是根据《砌体基本力学性能试验方法标准(BGJ 129-90)》，在墙体上凿下一规格砌块(对于普通砖，试件尺寸的厚×宽×高为240mm×370mm×720mm，而非普通砖由砌块高厚比β＝3确定)，经加工试压获得砌体试验强度。
第一种方法测定砂浆强度时，因对砂浆本身的强度有一定要求(如回弹测试，砂浆最低强度需在M2.0以上)，且要建立强度曲线，较适合评定砂浆强度等级，不能精确反映砂浆真实强度，因而有一定局限性。而第二种方法，虽能直观准确测得砌块强度，但因砌块取样难度大，且对墙体有破坏作用，可操作性不强。
2 原位轴压仪测定及其方法
从20世纪80年代起，我国一些大专院校和省级建筑科研院所已开始着手利用原位轴压仪测定已有砌体强度的原理、方法和装备的研究，到1995年，西安建筑科技大学先后开发研制了XY45、XY60和XY70型原位轴压仪等定型产品，可直接在墙体上测试出砌体抗压强度。这是目前现场测试已有砌体强度的唯一仪器，测试结果可以全面考虑砖、砂浆的变异和砌筑质量对砖砌体抗压强度的影响，较能综合反映材料质量和施工质量。且作为砌体力学性能现场检测的主要手段，正被编入建设部部颁标准《砌体力学性能检测技术标准》。它的工作特点是采用专用液压系统对砖砌体力学性能进行现场原位检测。
原位轴压仪的测定方法是先在墙体上开凿两条水平槽孔，安放原位压力机，其中上水平槽尺寸应为240mm×250mm×70mm(深×宽×高)，下水平槽尺寸为240mm×250mm×140m(深×宽×高)，(下槽的高度视压力机型号不同而调整)，上下水平槽孔对齐，两槽间相隔7皮砖，净距约430mm，槽间砌体的承压面修平整，并在上槽下表面和扁式千斤顶的顶面，均匀铺设厚10mm湿细砂垫层，将反力板置于上槽孔及扁式千斤顶置于下槽孔，并使两个承压板上下对齐后，拧紧螺母并调整其平行度，试加荷载检查测试系统是否灵敏以及上下压板和砌体受压面接触是否均匀密实，待正常后卸荷即开始测试。测试时分级加荷，每级荷载约为预估破坏荷载的10%，加至预估破坏荷载的80%，连续加荷直至槽间砌体破坏(当槽间砌体裂缝急剧扩展而压力表指针明显回退时，即为槽间砌体的破坏荷载)。将破坏荷载换算成槽间砌体的抗压强度和标准砌体抗压强度，再与设计值对比，从而判明现有砌体的真实强度。
3 原位轴压仪测定时的计算步骤
(1)槽间砌体破坏荷载Nmij(kN)：根据槽间砌体破坏时的压力表读数减去压力表的初始读数，从表1查得Nmij
(2)槽间砌体抗压强度σμij(MPa)：σμij＝Nmij／Aij(其中Aij为第i个测区第j个测点的受压面积。对普通一砖厚墙体，Aij＝240mm×240mm)。
表1 压力表读数与Nmij对应表
表读数(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
表读数(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
表读数(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
表读数(MPa) 28 29 30 31 32 33
Nmij(kN) 699.636 724.623 749.610 774.597 799.584 824.571
(3)槽间砌体抗压强度换算为标准砌体的抗压强度fmij(MPa)：fmij＝σμij／ξij(ξij＝1.36+0.54σoij为原位轴压法的无量纲的强度换算系数，其中σoij为测点的墙体工作压应力，可采用按墙体实际所承受的荷载标准值计算)。
在上述计算中，关键是强度换算系数ξij的计算，亦即测点墙体工作压 应力σoij的计算。
4 σoij的计算
4.1 一般构造做法的普通标准砖混结构住宅的荷载计算
(1)屋面荷载：厚130mm钢筋混凝土圆孔板上做厚50mm泡沫混凝土保温层、厚20mm水泥砂浆找平层、油毡防水层(六层作法)及顶棚抹灰厚20mm的屋面，其恒载标准值、活载标准值和荷载标准值分别算得为3.34kN／m2、0.7kN／m2和4.04kN／m2。
(2)楼面荷载：厚130mm钢筋混凝土圆孔板上做厚30mm细石混凝土及顶棚抹灰厚20mm的楼面，其恒载标准值、活载标准值和荷载值标准分别算得为3.09kN／m2和5.09kN／m2。
(3)双面粉刷的厚240mm砖墙自重为5.24kN／m2。
以上数据将随构造做法不同而异。
4.2 测点墙体工作压应力和强度分项系数计算
(1)承重墙：σoij＝［5.24×墙高+(5.09×N+4.04)m×n/2］／0.24(其中墙高为测点以上墙体总高；N为测点以上楼层数；m、n为承重墙所处房间的开间、进深)。
表2 某例6层房屋算得的σoij和ξij
检测构件所在层数 一 (N＝5) 二 (N＝4) 三 (N＝3) 四 (N ＝2) 五 (N＝1) 六 (N＝0)
σoij
(MPa) 承重墙 1.21 0.999 0.787 0.574 0.362 0.149
非承重墙 0.36 0.295 0.23 0.164 0.098 0.033
ξij 承重墙 2.01 1.9 1.78 1.67 1.55 1.44
非承重墙 1.55 1.52 1.48 1.45 1.42 1.38
偏安全考虑：对承重墙ξij＝2；对非承重墙ξij＝1.5
(2)非承重墙：σoij＝[5.24×墙高］／0.24
举例：房屋开间×进深为3.3m×4.2m，高6层，层高3.0m，可得表2结果。
5 砌体强度评定
上述求得的标准砌体抗压强度fmij(即为测点砌体的试验强度)，根据《砌体结构设计规范(GBJ 3-88)》换算为设计强度，尚需进行如下处理。
(1)检测单元测区的砌体平均抗压强度(fm)：fm＝1/nΣfmi(n为检测单元测区总数)。
(2)测区砌体强度平均值与砌体强度标准值(fk)的关系：因fk＝fm-1.645σf和σf＝0.17fm，故fk＝0.72fm和fm＝1.39fk。
(3)砌体强度标准值和强度设计值(fd)的关系：因有fd＝fk／rf和rf＝1.5，故fd＝0.72fm／1.5＝0.48fm或fm＝2.08fd。
(4)如某六层住宅，底层、二层墙体采用强度等级MU10砖和M7.5砂浆砌筑，三至六层采用MU7.5砖和M5.0砂浆砌筑，使用中发现砌体松散，强度较低，要求检测砌体实际强度，为加固修复提供依据。查《砌体结构设计规范(GBJ 3-88)》2.2.1.1表：MU7.5砖，M5.0砂浆，砌体设计值1.37；MU10砖，M7.5砂浆，砌体设计值1.79。检测结果见表3，表明砌体强度明显不足，仅为设计强度的50%左右，需作加固补强。
表3 某实例的检测结果
试 件 部 位 Nmij(kN)
(表1) σμij(MPa)(Aij＝0.24 ×0.24) ξij(表2) fmij(MPa) fd(MPa) 设计值 实测设计 强度／设计值(%)
一单元 102南纵墙 133 2.31 1.55 1.49 0.71 1.79 40
301横墙 185 3.21 1.78 1.80 0.86 1.37 63
二单元 201横墙 201 3.49 1.90 1.84 0.88 1.79 49.2
401内横墙 133 2.31 1.67 1.38 0.66 1.37 48
三单元 106横墙 226 3.92 2.01 1.95 0.93 1.79 51.9
601北纵墙 101 1.75 1.38 1.27 0.61 1.37 44.5
6 原位轴压法的缺点
虽原位轴压法是目前现场检测砌体强度唯一的检测方法，以其直观方便无需取样运输等特点，具有一定的优越性，但采用手动加荷，加荷速度和加荷量不易控制，会造成砌体受力不均和偏心受力；而且压力表读数量程偏大，实测荷载值精度不高；周边砌体对槽间砌体的横向约束作用靠强度分项系数修正，误差较大；特别是计算过程繁杂等，存在明显不足，尚有待有志工程结构检测的专业人士进一步开发改进。
来源: 《建筑中文网》.原文网址：http://www.pipcn.com/research/200603/1704.htm
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