砌体破坏准则研究成果评述

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摘要：本文介绍了近年来国内外砌体破坏准则的研究情况，归纳了其类型，评述了各破坏准则存在的问题以及值得借鉴的地方，最后指出了砌体破坏准则需要进一步研究的方向。

关键词：砌体破坏准则

Abstract: In this paper, research situation on failure criteria both in china and abroad has been introduced ,and the types of failure criteria have been concluded. The existing problems and useful references in kinds of failure criteria have been reviewed. At last, the failure criterion of masonry should required further research.

Key words: Masonryfailure criteria

中图分类号：TU-024文献标识码：A 文章编号:

前言

迄今为止，国内外学者对于砌体的破坏准则研究大多只限于平面受力砌体，并且主要是借助于半经验半试验方法来建立的。建筑材料，如岩石、土体、混凝土的破坏准则研究已经达到了一个相当的高度，然而居多的砌体破坏准则则却没有形成一个统一的框架。本文主要是对这些年国内外有关砌体破坏准则研究的结论进行归纳和评述，希望对砌体的破坏准则有一个全面的认识和总结。

1 单轴受力砌体的破坏准则

1.1 单轴受拉

单轴受拉时，以砌体的拉应力达到抗拉强度作为破坏条件，即：

（1.1）

砌体的抗拉强度很低，当砌体单轴受拉时，其破坏极易发生，此时的破坏形态属于砌体受拉破坏（见图1.1a）或灰缝的粘结破坏（见图1.1b）。

图1.1

1.2 单轴受压

单轴受压时，以砌体的压应变达到极限应变作为破坏条件，则：

(1.2)

砌体的抗压强度较抗拉强度高，当其作用单轴压应力时，砂浆的不均匀性将导致砌体内部还承受一定的弯、剪应力，这时砌体内部应力缓慢释放，当压应变达到极限状态，砌体呈现压碎破坏（如图1.2所示）

图1.2 砌体的压碎破坏

2 双轴受力砌体的破坏准则

2.1 双轴受拉

砌体双轴受拉时，由于砂浆弱结构层的存在，这时一般会产生砌体的粘结破坏，根据最大拉应力理论，以主拉应力达到单轴抗拉强度作为破坏条件，即：

或 (2.1)

2.2 双轴受压

砌体双轴受压时，砌体内部会产生一定的拉、弯应力，当然会呈现几种破坏形式，如灰缝的粘结破坏或滑移破坏，砌块的压碎等。先考虑砂浆的粘结破坏，这里也可用上述的主拉应力理论作为其破坏准则；而对于滑移破坏，可采用摩尔—库仑破坏准则来解释；砌块的压碎可以用经典强度理论（米泽斯或掘拉克尔—普拉格准则）来表达。

国内外具有代表性的双轴受压砌体破坏准则是1992年K．Naraine和S.Sinha 提出了砖砌体在水平灰缝法向和切向同时作用压应力时的破坏准则[1]：

(2.2)

式中：，；

、—分别为砌体沿水平灰缝法向和切向的压应力；

、—分别为砌体沿水平灰缝法向和切向的平均抗压强度；

—系数，取1.6；

—系数，反映一定应力比（）时峰值应力的变化，当一次加载时取，当反复加—卸载时取，当周期荷载作用下。

该破坏准则是建立在砌体正交各向异性特点的基础上的，由表达式可知，其破坏曲线为一抛物线，光滑无节点，能够与试验结果较好地吻合，然而不足的是此准则没有考虑水平灰缝呈不同倾角的影响，即载荷作用方向与材料主应力方向的一致性问题，当然，这可以通过坐标变换公式来解决。

2.3 一轴受拉、一轴受压

国内外学者对双轴拉、压状态下砌体的破坏准则研究相对较少，国内外有代表性是莫尔理论所建立的破坏准则：

（2.5）

1982年W.Samarasinghe和A.W.Hendry对抗压强度平均值为9.6的砂浆，抗压强度平均值为30.5MPa的砖砌成的砌体进行了拉—压试验[2]，提出了砌体的破坏形态与水平灰缝倾角有关，得到了双轴拉压状态下的破坏准则：

（2.6）

式（5.5）反映的是砌体抗拉强度与抗压强度之间的关系，且考虑了水平灰缝倾角的影响，证实了砌体的各向异性，不足的是该准则具有一定的片面性，它是由试验数据拟合而成的，仅反映了此组强度砖砌体的破坏规律，对于其他不同强度类型的砖砌体是否适应还有待进一步考究。

R. Ushaksaraei和S. Pietruszczak将Coulomb理论延伸提出了双轴拉压状态下砖砌体的非线性破坏准则[3]：

受拉区：（）（2.7a）

受压区：（） （2.7b）

式中：，分别为受压区、受拉区的摩擦系数；是平面正应力方向上的抗压强度值。

2.4 双轴受力状态下砌体的统一破坏准则

借用混凝土双轴受力作用下的破坏包络线，砌体的双轴破坏也可分为四个区域：拉—拉、拉—压，压—压和压—拉区。近几年国内外一些学者基于砌体的正交各向异性特征，结合已有的试验数据，分析和研究了双轴荷载作用下的砌体破坏准则，如Syrmakezis和Asteris运用复合材料强度理论，提出了砖砌体在双轴受力作用下的破坏准则[4]：

（2.8）

该三次多项式破坏准则明确地反映了砌体各向异性的特点，表现了正应力、剪应力之间的耦合影响。同时，其闭合的椭圆型破坏曲线能够将砌体在双轴受力下的四种情况（拉拉、拉压、压压、压拉）都涵括在内，并且能够将砌体的破坏形态反映出来。

图2.1 双轴受力砌体的破坏包络线

3 剪压作用下砌体的破坏准则

3.1 ，，状态下

3. 1.1按受拉破坏与受压破坏表达的破坏准则

P.B.Lourenco, J.G.Rots提出了砌体在，，状态下的破坏模式，受拉破坏和受压破坏[5]

受拉破坏准则：

(2.9a)

受压破坏准则：

(2.9b)

该模型反映了砌体剪力墙水平力与水平位移之间关系以及沿水平灰缝法向和切向的正交异性特点。该准则适用于砖砌体、混凝土砌块砌体，能模拟包括下降段在内的受力全过程，不足的是不能解释剪力墙可能出现的剪切滑移现象。

3.1.2按三种破坏形态表达的破坏准则

U. Andreaus认为在平面应力状态下砌体的破坏可以归纳为三种类型[8] 砂浆层的滑移破坏、砖开裂和节点的破坏以及砌体板的破坏。他采用三个著名的破坏准则来描述着三种破坏形态：最大拉应变准则、最大压应力准则以及改进的摩尔—库仑准则。

（1）改进的摩尔—库仑准则

（3.0a）

式中：为有效粘结力；为砌体沿水平灰缝切向滑移的摩擦因数；为法向应力，以拉为正。修正的摩尔—库仑准则是依据1959年Jaeger、1978年Barton和Choubey 研究岩石节点的机理得来的，它可以用于描述砂浆层的滑移破坏。