石砌体结构理论研究的回顾与进展

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1、结构工程师增刊全国结构计算理论与工程应用学术会议论文集2003.同济大学石砌体结构理论研究的回顾与进展施养杭(华侨大学土木工程系泉州362011)摘要:为弘扬中国的石文化，作者致力于石结构理论与应用的研究。经广泛的调查研究和充分的试验分析后提出:(1)反映石砌体实际抗剪性能的抗剪强度理论公式;(2)反映石砌体结构动力特性的自振周期、阻尼和基本振型;(3)符合结构极限状态设计原理的石砌体抗震抗剪设计强度;(4)反映石结构安全性的模糊抗震可靠度;(5)有效提高石砌体抗剪强度的施工方法和抗震加固方法。这为石结构理论的发展奠定了

2、良好的基础，而且为石结构理论的应用和保护提供科学依据。关键词:石砌体结构，强度理论，抗剪强度，动力特征。可靠度，杭震加固1前言石砌体是我国产石地区的主要结构形式，它以美观和经济而为人们所保留和发展，构成独树一帜的中国石文化。然而，石砌体的抗震抗剪强度较差[I]，且产石地区多数地处地震区，因此石砌体的抗震性能、可靠度及应用，一直是悬而未决的工程问题。为此，作者做了一些调查和研究工作，以供应用参考。2石砌体抗剪强度计算理论公式石砌体由砂浆和料石经组砌而成。因此.粘结处抗剪强度是研究石砌体抗剪强度最重要的内容。以往在抗震计算时

3、沿用经典的摩擦公式KQ5AR,=A(凡+fuO)·但它对石砌体并不适用。石砌体抗剪强度由粘结力、摩擦力和咬结力构成[21。显然三者不能直接叠加，故设R<_Rm+L(C+介)，式中R为粘结力和摩擦力与咬结力的叠加值，L为叠加系数。即R=R=+L凡，经试验分析得到抗剪极限强度凡，则L=(R，一R_)IRf。但当v'较大时凡可能小于凡。故R"=max{R_+L(C+叮)}。引入石砌体截面积A和砂浆饱满度，上式则为1(尺.B+LB'C)+LBfo']A(R;+f'oo)AQ=max{(CB'+B介')A(川+.fQu)A’式中凡

4、和形为广义粘结力，.f‘和.f"为广义摩擦力，并称上式为改进剪摩公式.3石砌体结构动力特性石砌体的抗震性能及破坏形态与其动力特性密切相关[3]，但从理论上求解十分困难。经对实际工程的脉动测试得到:(1)自振周期:几一0.0152扭+7.51r=0.59;凡一0.0149扭+6.41r=0.55。当考虑房屋三维尺寸的影响时，则介一。.137+0.027川沥，;一0.50;几一0.167十0.032川扼，r=0.42，式中H为房屋的总高度，B为房屋的总宽度，L为房屋的总长度，显然，相关系数较大，变异系数较小。万方数据结构工程

5、师增刊全国结构计算理论与工程应用学术会议论文集2003.同济大学(2)阻尼:将测得的共振曲线以折合粘滞阻尼的概念求得房屋的阻尼比}=(w22一耐)14wa，式中古为房屋的阻尼比，rwa为房屋的自振频率，。.和w,为共振曲线上振幅为共振振幅的0.707倍处的频率。可见.其阻尼比与一般刚性结构的阻尼比大致相同。(3)基本振型:多层石砌体的基本振型近似于悬臂梁的剪切振动，并伴有整体空间振动和扭转振动。故其基本振型归纳如下:(a)多层石砌体振动时以剪切变形为主;(b)刚性内隔墙较少的木楼(屋)盖房屋，弯曲变形较明显:(。)多层石

6、砌体顶层的层间位移(当州B2:2时)一般较大(底层除外)。4石砌体抗展抗剪强度4.1石砌体抗，强度公式石砌体是一种不均匀的网状结构体系lal竖缝是最薄弱的部位，且存在多种因素的交互影响。经对试验条件、单元体的受力特性、组成材料的物理性质、砌体的破坏机制和震害经验的综合分析研究，建立包含各种影响因素的抗震强度公式:1.7v(n一0.5)权，_n)l关.+[I一.，二.a1产Qofl..一1+3}I/4L{1+60,Q,万式中1为砌体形状尺度，HI为试件高宽比，冲为竖缝质量系数，At为摩擦系数，a,#为综合影响系数，f.，为

7、平均通缝抗剪强度，fl,.为平均抗震抗剪强度，。。为竖向正应力，B为房屋的进深，h，为楼层层高，n为楼层层数，,6，二儿，“为有效翼缘宽度，a2为翼墙与腹墙的厚度比。为正压力拟合系数。通过计算并与试验结果和震害经验比较，该式很好地描述石砌体的抗震强度，具有明显的实用价值。4.2石砌体抗，抗剪设计强度为适用工程设计需要并顾及工程师的习惯，提出石砌体抗震抗剪设计强度。砌体平均强度几、标准强度人和设计强度f之间的关系为人=几(I一1.645凡)I1laf一儿/Yk，且乓一0.02,y=1.5-则几=0.671几，天=0.45几

8、。因此，沿水平通缝的抗剪设计强度Isl:(1)无垫片石砌体f=0.054扛:(2)有垫片石砌体f=0.033召一万。考虑垂直压应力影响则得抗震抗剪设计强度:(I)无垫片石砌体爪=0.481关+0.264Qo;(2)有垫片石砌体爪=0.465人+0.261Q,。5石砌体结构抗展可靠度5.1多层结构抗，可命度地震作用具有