预应力砌体特性及其应用研究

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1、砌体结构理论与新型墙材应用预应力砌体特性及其应用研究罗晓勇施养杭(华侨大学土木工程学院，泉州362021)摘要：从砌体结构的研究应用前景出发，对预应力砌体的定义、基本原理、主要特性、预应力施加方法和研究与应用作一简介和总结。概述了国内外预应力砌体的研究应用和发展现状，并归纳了预应力砌体在强度、抗震性能、抗裂性能、经济效益等方面的主要特性。对当前存在的问题和今后的发展方向做出初步探讨。关键词：砌体；预应力；应用研究；特性砌体结构是指用块体(包括砖、天然石材、砌块)和粘结材料(如砂浆等)经砌筑而成的、以墙体或柱作为主要竖向承重构件的结

2、构【-H7】。作为一种经典的结构形式【2】，它以其坚固、美观、耐久、经济、施工方便等优点得到广泛的应用和崭新的发展【扪，是建筑结构中常用的承重结构。然而。一般砌体结构强度较低，因而构件截面尺寸较大、材料用量多、自重大；况且砌体的抗拉、弯、剪的强度普遍较其抗压强度低许多；并且受施工质量影响明显，尤其是砌体灰缝的质量更难以保证【6】，进而影响到普通砌体结构的整体性能，因而在地震作用下容易发生严重破坏；另外，烧结粘土砖砌体结构用量很大，采挖粘土、占用农田，影响农业生产。这些缺陷和不足使其应用受到了很大的限制，特别是在高层建筑中极少使用。

3、砌体结构在我国的发展目前面临着巨大的冲击与挑战．1普通砌体结构的研究与应用砌体结构是我国土木工程中应用最为广泛的结构形式。有着极其悠久的历史。在砌体结构漫长的发展道路中。其结构材料逐渐由砖、石向混凝土、轻骨料混凝土或加气混凝土砌块转变，尤其是利用各种工业废渣、粉煤灰、煤矿石等制成的混凝土砌块，已成为主要的发展方向。轻质高强砌体已是我国砌体材料革新的主要材料。结构材料的更新。理论研究的不断深入，施工和管理水平的提高，实践经验的不断丰富。促进当前砌体结构的多样化。并获得史无前例的新生。目前砌体结构的主要类型为砖砌体、石砌体、砌块砌体、

4、约束砌体、配筋砌体等。一般来说，随着砌体结构类型的不断更替，为砌体结构的研究与应用提供了更为广阔的空间．尤其突出的表现在于两点：一为砌体力学性能的改变，即①改善抗弯性能。改善抗剪及抗拉强度；②提高竖向承载力；③抵抗有不均匀沉降及温度变化在墙体平面内产生的拉应力；④提高结构的延性和刚度，增强其抗震能力；二为节能降耗型砌体的诞生与发展，并呈现出强劲的发展态势。国内砌体结构试验和研究始于20世纪50年代[q--112]，直至70年代，才开始有砌体结构振动台的试验，并且进行了砌体结构数值分析及非线性分析；20世纪80年代，开始多层砖砌体建

5、筑地震反应分析方法研究；90年代采用模型变化进行地震下高层配筋砌体的弹性反应、弹塑性反应和从弹性到破坏的全过程分析。并开始进行预应力砌体的试验研究【1lH：-1；此外，还进行了砌体隔震应用的试验研究。砌体结构的研究成果又促进了其适应现代社会飞速发展的需求。随着社会的发展．砌体结构必须满足新的和复杂结构的需要、满足抗震要求以及各种变化荷载的作用需求。因此，必须改进砌体类型、砌体概念及研究方法，以便克服普通砌体材料的内部缺陷，充分发挥砌体固有的优良特性。发展预应力砌体是必然方向。预应力砌体是一种“新”的砌体结构形式，虽尚未得到广泛应用

6、，但是具有巨大发展潜力和广阔应用前景。本文着重就其基本原理、研究应用、主要特性等方面做一阐述和总结．并对现今存在的问题和发展方向进行评述。2预应力砌体结构基本概念与组成基金项目：国家自然科学基金【5047812川150砌体结构基本力学性能与理论分析2．1预应力砌体的定义配筋砌体针对砌体材料抗压强度高而抗拉、抗弯性能弱的特点，在砌体中加入一定数量钢筋来承受拉力或起约束作用。从而在相当程度上克服砌体自身的缺陷。在配筋砌体中，给已配钢筋施加预应力便可得预应力砌体。与普通配筋砌体相比，预应力砌体不是简单地将砌块和钢筋结合在一起，任由它们自

7、行共同工作．而是将砌体与钢筋“能动”地结合在一起，这种“结合”是靠张拉钢筋并将其锚固于砌体之中。从而使砌块受到预压来实现，使得两种材料的性能得到充分的发挥。砌体由于受到预压的作用，其抗拉性能得到了显著的改善。同时其良好的抗压能力并未受到损害。2．2预应力砌体的原理预应力砌体的原理141[111类同钢筋混凝土构件的预应力。即在构件或结构承受使用荷载之前，通过建立预应力来抵消因使用荷载作用产生的拉应力，克服自身材料缺点，充分发挥材料的特性。重要区别只是在预应力损失和细部节点处理等方面有所不同。预加应力的主要目的是为了改变砌体的性能。把

8、抗压强度高而抗拉、抗剪、抗弯较低的脆性材料构件通过施加预应力后变成具有抗拉、抗剪、抗弯都能满足要求的延性的构件；在理论计算上便可沿用材料力学的弹性理论的一些公式计算．在受力特点上用施加的顶压应力超过外荷载产生的拉应力。使构件处于“减压、消压状态”或