黃榜彪，潘佳玉，朱基珍，祁偉偉，李曉，王俊云，王銳，李杰能

（廣西科技大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，廣西 柳州 545006）

0 引言

根據(jù)“禁黏”政策和磚體孔型的要求，頁巖多孔磚已成為替代黏土磚的新型墻體材料之一。矩形孔燒結(jié)頁巖磚不僅自重小，而且耐久性好，在市場(chǎng)中受到廣泛歡迎[1]。國內(nèi)外大量文獻(xiàn)研究表明[2-5]，矩形孔頁巖磚的熱工性能良好，優(yōu)于圓形孔頁巖磚，但其力學(xué)性能較差。

偏心受壓是磚砌體工程中常見的受力形式。磚體和砂漿自身的力學(xué)性能、砌筑質(zhì)量、外力作用時(shí)的偏心距都是影響無筋砌體偏心受壓承載力的重要因素[6-7]。本文在對(duì)圓形孔和矩形孔燒結(jié)頁巖多孔磚基本力學(xué)性能研究的基礎(chǔ)上[8-9]，結(jié)合磚砌體實(shí)際工程中的受力形式，采用上部偏心受壓的試驗(yàn)方法，對(duì)矩形孔頁巖磚砌體短柱進(jìn)行單側(cè)偏心受壓性能試驗(yàn)。主要研究砂漿強(qiáng)度和偏心率對(duì)矩形孔頁巖磚砌體短柱偏心受壓承載力的影響，通過試驗(yàn)結(jié)果與偏心影響系數(shù)回歸分析為相關(guān)規(guī)程的修訂和完善提供參考數(shù)據(jù)，供同行業(yè)進(jìn)行參考。

1 試件概況

1.1 試件原材料

本次試驗(yàn)采用古靈磚廠提供的矩形孔頁巖磚進(jìn)行砌體短柱的砌筑。單磚統(tǒng)一為240mm×115mm×90mm的KP1型多孔磚，孔洞率為29.1%，孔洞排列組合如圖1所示。砌筑砂漿采用P·O42.5水泥、細(xì)度模數(shù)為3.0～2.3的河砂和自來水機(jī)械拌和。

圖1 矩形孔燒結(jié)頁巖磚

1.2 試件制作和養(yǎng)護(hù)

單磚的強(qiáng)度直接影響砌體試件的承載力，為了保證矩形孔燒結(jié)頁巖磚的強(qiáng)度大致處于同一等級(jí)，依據(jù)JC/T796—2013《回彈儀評(píng)定燒結(jié)普通磚強(qiáng)度的方法》篩選矩形孔頁巖磚，以保證所使用的磚體大致為同一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，按照坐漿法制樣，并在實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)72h后進(jìn)行編號(hào)。

依據(jù)JCJ/T98—2010《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》制備M5和M10的砌筑砂漿，根據(jù)砂的含水率對(duì)配比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。依據(jù)JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》制備70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm標(biāo)準(zhǔn)立方體砂漿試塊，將試塊靜置24 h后，拆模編號(hào)。

依據(jù)GB/T 50129—2011《砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》制備矩形孔頁巖磚砌體偏心受壓試件，偏心受壓短柱尺寸為240 mm×365 mm×710 mm，分別采用M5和M10兩種強(qiáng)度等級(jí)的砂漿砌筑，偏心率（e/h）分為0、0.1、0.2和0.3四種情況，具體分組見表1。試件砌筑時(shí)嚴(yán)格依據(jù)GB 50203—2011《砌體結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》，統(tǒng)一采用“三一”砌筑法，控制灰縫厚度在10 mm左右，灰縫砂漿飽滿度在90%以上。試件砌筑完成后，在試件上部平壓3皮磚，保持14 d。將試塊和試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 砌體短柱偏心受壓試驗(yàn)試件分組

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 矩形孔頁巖磚和砂漿試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

依據(jù)GB/T 2542—2012《砌墻磚試驗(yàn)方法》和JGJ/T 70—2009中抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法，分別測(cè)試矩形孔頁巖磚和砂漿試塊的抗壓強(qiáng)度。頁巖磚試樣數(shù)量為10個(gè)，每種砂漿強(qiáng)度的試塊為12個(gè)，均取測(cè)試結(jié)果的平均值。

1.3.2 砌體短柱偏心受壓試驗(yàn)

參照砌體上部偏心受壓的試驗(yàn)方法進(jìn)行砌體短柱偏心受壓試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，先在壓力機(jī)下均勻鋪1層細(xì)沙，以防止因砌體底部不平整影響加載效果。然后采用吊裝的形式，將試件安置于壓力機(jī)底板，確保緊密接觸，并且偏心加載線、側(cè)面中線均與壓力機(jī)中線準(zhǔn)確對(duì)齊。待下部對(duì)齊后，試件上部也鋪上1層均勻的細(xì)沙，然后在其上部安放厚度為30mm的鋼板，利用水準(zhǔn)尺找平，最后在上部安置偏心加載裝置，試驗(yàn)裝置如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)裝置示意

使用500 t精密液壓伺服壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載。采用分級(jí)加載的方式，先進(jìn)行預(yù)壓，大小為預(yù)估破壞荷載的5%，檢查儀表的靈敏性并消除不利影響。正式加載每級(jí)大小為預(yù)估破壞荷載的10%，時(shí)間控制在1.0～1.5 min，并保持當(dāng)前加載狀態(tài)1～2 min，按級(jí)進(jìn)行。當(dāng)加載至預(yù)估破壞荷載的50%后，將每級(jí)荷載降為5%，直至出現(xiàn)第1條裂縫，恢復(fù)每級(jí)荷載至10%，當(dāng)壓力機(jī)讀數(shù)明顯下降，表明試件喪失承載能力，即達(dá)到破壞狀態(tài)。

試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)量裝置中應(yīng)變片沿試件長(zhǎng)邊每隔60 mm布置，同時(shí)跨過2條灰縫和1塊磚，共5個(gè)，具體布置如圖3所示。計(jì)算時(shí)，截面尺寸分別取每個(gè)試件在1/4、1/2和3/4高度處的平均值，抗壓強(qiáng)度取所測(cè)結(jié)果的平均值。

圖3 應(yīng)變測(cè)量布置

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 矩形孔頁巖磚和砂漿試塊的抗壓強(qiáng)度（見表2）

表2 矩形孔頁巖磚和砂漿試塊的抗壓強(qiáng)度

2.2 砌體短柱的偏心受壓試驗(yàn)

2.2.1 試件破壞形態(tài)

矩形孔頁巖磚砌體短柱偏心受壓試件脆性破壞特征明顯，當(dāng)達(dá)到破壞荷載時(shí)，表現(xiàn)為裂縫貫通整個(gè)試件，部分磚體碎片脫落，試件最終被分割為幾個(gè)小磚柱，壓碎失穩(wěn)破壞。試件的破壞形態(tài)如圖4所示。

圖4 試件破壞形態(tài)

2.2.2 截面應(yīng)變分布

實(shí)測(cè)矩形孔頁巖磚砌體短柱偏心受壓時(shí)截面應(yīng)變隨荷載變化情況如圖5所示。

圖5 截面平均應(yīng)變分布

由圖5可知，分別由M5和M10砂漿砌筑的偏心受壓試件應(yīng)變隨荷載的變化規(guī)律相似。各試件應(yīng)變絕對(duì)值都隨著荷載的增加呈遞增趨勢(shì)。砌筑砂漿強(qiáng)度一致時(shí)，隨著偏心率的增大，同等荷載下的應(yīng)變逐漸增大，最終破壞荷載減小。

當(dāng)偏心率為e/h=0.1時(shí)，偏心距較小，靠近偏心荷載的測(cè)點(diǎn)壓應(yīng)變較大，遠(yuǎn)離偏心荷載的測(cè)點(diǎn)壓應(yīng)變較小，且均為壓應(yīng)變，出現(xiàn)小偏壓破壞；當(dāng)偏心率達(dá)到e/h=0.2和e/h=0.3時(shí)，偏心距增大，靠近偏心荷載的測(cè)點(diǎn)仍為壓應(yīng)變，而遠(yuǎn)離偏心荷載的測(cè)點(diǎn)則開始產(chǎn)生拉應(yīng)變，出現(xiàn)大偏壓現(xiàn)象，且當(dāng)偏心率e/h=0.3時(shí)更明顯。當(dāng)試件開裂前，截面上各點(diǎn)應(yīng)變?cè)诤奢d作用下大體成直線分布，總體上看能夠較好的符合材料力學(xué)中的平截面假定。

2.2.3 短柱偏心抗壓結(jié)果分析

參照GB/T50129—2011給出的計(jì)算公式，矩形孔頁巖磚砌體短柱偏心受壓破壞荷載及抗壓強(qiáng)度見表3，表中破壞荷載和抗壓強(qiáng)度的數(shù)據(jù)均為6個(gè)試件計(jì)算結(jié)果的平均值?？箟簭?qiáng)度的計(jì)算公式如式（1）所示。

式中：fc，m——偏心受壓試件的抗壓強(qiáng)度，MPa；

Nu——試件的破壞荷載，N；

表3 試件的開裂荷載和破壞荷載

由表3可知：

（1）同一種砂漿強(qiáng)度的試件，其破壞荷載隨著偏心率的增加呈減小趨勢(shì)。偏心率相同時(shí)，砂漿強(qiáng)度高的試件破壞荷載高于砂漿強(qiáng)度低的試件，主要是因?yàn)樯皾{強(qiáng)度會(huì)直接影響到砌體的軸心強(qiáng)度，進(jìn)而偏心力作用下間接影響到其偏心承載力。

（2）當(dāng)砂漿強(qiáng)度為M5時(shí)，與軸心受壓試件M5-P0相比，e/h=0.1時(shí)，Nu減小了 21%；e/h=0.2時(shí)，Nu減小了 38%；e/h=0.3時(shí)，Nu減小了56%。當(dāng)砂漿強(qiáng)度為M10時(shí)，與軸心受壓試件M10-P0相比，e/h=0.1時(shí)，Nu減小了 18%；e/h=0.2時(shí)，Nu減小了40%；e/h=0.3時(shí)，Nu減小了55%。比較可知，在偏心率一致時(shí)，對(duì)不同砂漿強(qiáng)度的試件影響程度差不多，當(dāng)偏心率達(dá)到0.3時(shí)，Nu降低了一半。

2.2.4 偏心影響系數(shù)回歸分析

按照GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的計(jì)算公式[見式（2）和式（3）]對(duì)矩形孔頁巖磚砌體短柱進(jìn)行規(guī)范值計(jì)算，結(jié)果見表4。

式中：N——偏心受壓承載力，N；

φ——偏心距對(duì)受壓構(gòu)件承載力的影響系數(shù)；

2.4 不同嚴(yán)重程度NAFLD患者CD4+CD25+T細(xì)胞結(jié)果比較 重度NAFLD患者外周血CD4+CD25+T細(xì)胞百分率較中、輕度患者明顯降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），且中度NAFLD患者也明顯低于輕度NAFLD患者（P＜0.05），見表4。

A——試件受壓截面面積，mm2；

fm——砌體的抗壓強(qiáng)度平均值，MPa；

f1——燒結(jié)多孔磚塊體的抗壓強(qiáng)度平均值，MPa；f2——砂漿的抗壓強(qiáng)度平均值，MPa。

表4 偏心抗壓試驗(yàn)值與規(guī)范值

由表4可以看出：矩形孔頁巖磚砌體短柱偏心破壞荷載實(shí)測(cè)值均大于規(guī)范值，這主要是因?yàn)楫?dāng)偏心率為0，即軸心受壓時(shí)矩形孔頁巖磚砌體短柱抗壓強(qiáng)度本身就高出規(guī)范值很多，有較高的強(qiáng)度儲(chǔ)備，非常安全。

因此，為了避免承載能力富余現(xiàn)象，對(duì)偏心影響系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以使矩形孔頁巖磚在砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得以合理利用，同時(shí)具有一定的安全儲(chǔ)備。

（1）忽略砌體的抗拉強(qiáng)度，僅考慮受壓側(cè)并將其簡(jiǎn)化為軸心受壓，此時(shí)應(yīng)力分布為恒值，即應(yīng)力按照矩形分布，根據(jù)平衡式（4），推導(dǎo)出偏心影響系數(shù)公式（5）：

（2）GB50003—2011對(duì)大量試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，給出了砌體短柱偏心作用下影響系數(shù)的計(jì)算式（6）：

式中：φ——偏心影響系數(shù)。

（3）按照規(guī)范公式對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，將式（6）改寫為式（7）：

（4）根據(jù)線性模型，湖南大學(xué)錢義良和施楚賢教授提出了偏心影響系數(shù)的近似計(jì)算公式（9）[10-11]：

（5）根據(jù)本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)，參考上述線性模型進(jìn)行綜合回歸分析得到公式（10）。試驗(yàn)偏心矩為0的試件承載力取6個(gè)試件的平均值，將其與其它各組偏心率的試件的破壞荷載相比較，按式（11）進(jìn)行運(yùn)算，即可得到偏心影響系數(shù)α，計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 破壞荷載試驗(yàn)值與偏心影響系數(shù)

圖6繪制了規(guī)范式（6）和式（5）、式（9）、擬合式（8）和擬合式（10）的數(shù)值曲線，上述各公式的計(jì)算值參考表6。

圖6 偏心影響系數(shù)回歸曲線

表6 偏心影響系數(shù)比較

由圖6和表6分析可知：

（1）擬合式（8）和式（10）所得結(jié)果均小于規(guī)范式（6）的偏心影響系數(shù)，但試驗(yàn)實(shí)測(cè)偏心抗壓強(qiáng)度值要大于按照規(guī)范計(jì)算的抗壓強(qiáng)度，這主要是因?yàn)榫匦慰谉Y(jié)頁巖磚的平均抗壓強(qiáng)度高于規(guī)范中的抗壓強(qiáng)度。

（2）回歸擬合式（10）得到的偏心影響系數(shù)要大于截面應(yīng)力按照矩形分布得出的公式（5），但高出的值不是太多，二者比較接近。

3 結(jié)論

（1）矩形孔燒結(jié)頁巖磚砌體短柱偏心受壓時(shí)，其截面的平均應(yīng)變能夠較好地符合平截面假設(shè)。

（2）矩形孔燒結(jié)頁巖磚砌體短柱偏心受壓破壞，當(dāng)偏心率較小時(shí)，全截面受壓，屬于小偏心；當(dāng)偏心率較大時(shí)，遠(yuǎn)離偏心荷載的一側(cè)會(huì)出現(xiàn)水平拉裂縫，有明顯的大偏心受壓特征。

（3）對(duì)于同一種砂漿強(qiáng)度的砌體短柱試件，其破壞荷載隨著偏心率的增大呈減小趨勢(shì)，當(dāng)偏心率達(dá)到0.3時(shí)，偏心受壓強(qiáng)度較軸心抗壓強(qiáng)度降低了50%。當(dāng)偏心率相同時(shí)，砂漿強(qiáng)度越高，偏心承載力也越大，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是砌筑砂漿強(qiáng)度會(huì)直接影響到砌體的軸心荷載，從而在偏心力作用下間接影響其偏心承載力。

（4）通過計(jì)算可知，矩形孔燒結(jié)頁巖磚砌體短柱偏心承載力高于規(guī)范對(duì)應(yīng)的值，有較高的安全儲(chǔ)備。因此，為了避免承載能力富余現(xiàn)象，對(duì)偏心影響系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。通過理論分析并參考已有計(jì)算公式，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合回歸，最終提出了適用于矩形孔燒結(jié)頁巖磚砌體短柱偏心受壓影響系數(shù)的表達(dá)式（10）。