1.砌体的受压性能
1）砌体受压试验研究
（1）砌体受压破坏特征
砌体的受压工作性能与单一匀质材料有明显的差别，不同类型的砌体，抗压强度也有明显的差异，但其受压工作机理有很多相同之处。下面以标准砖砌体为例，说明砌体受压的破坏过程。试验砌体的标准试件尺寸为240mm×370mm×720mm，砖的强度为10MPa，砂浆强度为2.5MPa，实测砌体抗压强度为2.4MPa。试验表明，砌体轴心受压从加载直到破坏，可分为3个阶段，如图5.16所示。
第一阶段：从砌体开始受压到个别砖出现垂直或略偏斜向的第一条（批）裂缝，其压力一般为破坏时压力的50%～70%，如图5.16（a）所示。随着压力的增大，单块砖内会产生细小裂缝，但多数情况下裂缝没有穿过砂浆层，但如果压力不增加，裂缝也不会继续发展。
图5.16 砖砌体受压破坏特征
第二阶段：随着压力的继续增加，单块砖内裂缝不断发展，延长、加宽，并沿竖向通过若干皮砖，在砌体内逐渐连接成一段段的裂缝，同时产生新的裂缝，其压力一般为破坏时压力的80%～90%，如图5.16（b）所示。此时，即使压力不再增加，裂缝仍会继续发展，砌体已临近破坏，状态十分危险。实际上因为房屋是在长期荷载作用下，应认为这一阶段就是砌体的实际破坏阶段。
第三阶段：压力继续增加，裂缝迅速加长加宽，其中几条主要的连续竖向裂缝把砌体分割成若干截面尺寸为半砖左右的小柱体。整个砌体明显外胀，个别砖可能被压碎，最终由于某些小柱失稳或压碎而导致整个砌体破坏，如图5.16（c）所示。用破坏时压力除以砌体横截面面积所得的应力称为该砌体的极限强度。
（2）砌体受压时应力状态
①块体处于复杂应力状态。轴心受压砖的砌体，就其整体来看属于均匀受压状态。砌体中的块体材料本身的表面形状不平整、灰缝的厚度不一定均匀饱满密实，使得单个块体在砌体内受压不均匀，因此，在受压的同时块体还处于受弯和受剪的复杂应力状态（图5.17），因此在砌体试验时，测得的砌体强度是远低于块体的抗压强度的。
图5.17 单块砌体处于复杂应力状态
②砌体中的块体受水平拉应力。当砌体受压时要产生横向变形，由于砖砌体中砖和砂浆的弹性模量及横向变形系数不同，一般情况下，在砌体受压时块体的横向变形将小于砂浆的横向变形，但由于砌体中砂浆的硬化粘结、块体材料和砂浆间存在切向粘结力，在此粘结力作用下，块体将约束砂浆的横向变形，而砂浆则有使块体横向变形增加的趋势，并由此在块体内产生拉应力。
③竖向灰缝上的应力集中。砌体中竖向灰缝一般不密实饱满，加之砂浆硬化过程中收缩，同时竖向灰缝内的砂浆和块体的粘结力也不能保证竖向两侧块体的整体性，容易导致竖向灰缝上产生应力集中，加速砌体中单砖开裂，降低砌体强度。
2）影响砌体抗压强度的因素
通过对砖砌体在轴心受压时的试验和受力分析，可得出影响砌体抗压强度的主要因素如下：
（1）块体和砂浆强度
块体和砂浆的强度是影响砌体抗压强度的最主要因素。砌体的抗压强度主要取决于块体抗弯和抗拉能力。一般来说，强度等级高的块体，其抗弯、抗拉强度也比较高，因而它的砌体抗压强度也高。砂浆强度越高，其横向变形就越小，块体在砌体内受到的附加拉力就越少。对于提高砌体强度而言，提高块体的强度等级比提高砂浆强度更有效。
（2）块体的表面平整度和几何尺寸
试验证明，砖的厚度越大，其抗弯、抗剪和抗拉能力也越大，由它砌成的砌体抗压强度也越高。砖的长度越大，其在砌体中产生的弯剪应力也越大，砌体的强度也越低。砖形状的规则程度对砌体的抗压强度也有显著的影响。当砖表面不平整时，在压力作用下，砖块将产生较大的附加弯、剪应力，砌体抗压强度会下降。
（3）砂浆的流动性、保水性及弹性模量
砂浆的流动性大与保水性好时，容易铺成厚度和密实性较均匀的灰缝，因而可减少单块块体内的弯剪应力，提高砌体强度。水泥砂浆的流动性较差，所以同一强度等级的混合砂浆砌筑的砌体强度要比相应的水泥砂浆砌体高。砂浆弹性模量的大小对砌体强度也有很大的影响，当砖强度不变时，砂浆的弹性模量决定其变形率，而砖与砂浆的相对变形大小影响单块砖的弯剪应力及横向变形的大小。因此砂浆的弹性模量越大，相应砌体的抗压强度越高。试验研究表明，纯水泥砂浆的和易性和保水性较差，采用纯水泥砂浆砌筑的砌体，其抗压强度比采用混合砂浆砌筑的砌体一般降低15%～50%。
（4）砌筑质量和水平灰缝厚度
砌体砌筑时水平灰缝的厚度、饱满度、块体的含水率及砌筑方法，均影响到砌体的强度和整体性。水平灰缝饱满度应不低于80%；砌体砌筑时，应提前将砖浇水湿润，含水率不宜过大或过低（一般要求控制在10%到15%）；砌筑时砖砌体应横平竖直，上下错缝，内外搭接。砂浆铺砌饱满、均匀，可以改善砖块在砌体中的受力性能，提高砌体抗压强度。试验表明，当砂浆饱满度由80%降到65%时，砌体强度约降低20%。灰缝厚度对砌体抗压强度也有明显影响。灰缝厚，容易铺砌得均匀，对改善砖的复杂受力状态有利；但砂浆横向变形的不利影响加大，砌体的抗压强度随灰缝厚度的加大而降低。实践表明，灰缝厚度在10mm左右较好。
（5）砖砌筑时含水率
砌筑时砖的含水率对砌体抗压强度也有明显影响。普通实心黏土砖砌体，其砌体抗压强度随砌筑时砖含水率的增大而提高。试验表明：砖较干时，铺砌在砖面上的砂浆大部分水分会很快被砖吸收，不利于砂浆的硬化，使砌体强度降低；而处于潮湿状态的砖，有利于砂浆的硬化，同时也有利于砂浆铺砌均匀，从而改善砌体内的复杂应力状态，使砌体抗压强度得到提高。作为正常的施工标准，要求烧结普通砖和空心砖在砌筑时的含水率为10%～15%。
（6）块体的搭接方式
砌筑时块体的搭接方式影响砌体的整体性。整体性不好，会导致砌体强度的降低。为了保证砌体的整体性，烧结普通砖和蒸压砖砌体应上、下错缝，内外搭砌。实心砌体宜采用一顺一丁、梅花丁或三顺一丁的砌筑形式，砖柱不得用包心砌法。
此外，龄期、竖向灰缝的填满程度、试验方法等对砌体抗压强度也有一定程度的影响。
3）砌体抗压强度平均值
尽管各类砌体的抗压受力特征不同，经过对大量砌体抗压强度的试验研究，获得了数以千计的试验数据，在对这些数据分析研究的基础上，考虑影响砌体抗压强度的主要因素，提出适用于各类砌体结构的抗压强度平均值计算公式如下：
式中 fm——砌体抗压强度平均值（MPa）；
f1——块材抗压强度平均值（MPa）；
f2——砂浆抗压强度平均值（MPa）；
k1——与块体和砌体类别有关的参数，其取值见表5.4；
k2——砂浆强度影响修正系数，其取值见表5.4；
a——与块体和砌体类别有关的参数，其取值见表5.4。
表5.4 各类砌体轴心抗压强度平均值的计算参数
注：①k2在表列条件以外时均等于1；②混凝土砌块砌体的轴心抗压强度平均值计算时，当f2＞10MPa时，应乘以系数1.l-0.01f2；MU20的砌体应乘以系数0.95，且满足f1≥f2，f1≤20MPa。
当单排孔混凝土砌块、对孔砌筑并灌孔的砌体，空心砌块砌体与芯柱混凝土共同工作时，可以较大地提高砌体的抗压强度。按应力叠加方法并考虑灌孔率的影响，灌孔砌块砌体抗压强度平均值可以按下式计算：
式中 fg,m——灌孔砌块砌体抗压强度平均值（MPa）；(www.xing528.com)
fc,m——混凝土的轴心抗压强度平均值（MPa）；
fm——空心砌块砌体抗压强度平均值（MPa）；
Ac——灌孔混凝土截面面积（mm2）；
A——砌体截面面积（mm2）。
2.砌体的受拉、受弯和受剪性能
在实际工程中，砌体主要承受压力，但有时因外部荷载的复杂性，砌体不可避免地会遇到砌体承受拉力和剪切的情况。如圆形水池的池壁上存在环向拉力，挡土墙受到土侧压力形成的弯矩作用，砖砌过梁受到的弯、剪作用，拱支座处的剪力作用等（图5.18）。与砌体的抗压强度相比，砌体的抗拉、抗弯和抗剪强度都远较其抗压强度低，所以设计砌体结构时总是力求造成使其承受压力的工作条件。试验表明，砌体在轴心受拉、受弯和受剪时的破坏一般都发生在砂浆与块体的结合面上，砌体的拉、弯、剪强度主要取决于灰缝与块体的粘结强度。
图5.18 砌体受拉、受弯和受剪情况
1）砌体的轴心受拉
（1）砌体轴心受拉破坏特征
砌体轴心受拉时，如图5.19所示，有3种破坏形态：①沿通缝截面破坏。当力的方向垂直于水平灰缝时，破坏沿砌体通缝截面发生，而砌体强度则由砂浆和砖石的法向粘结力确定。由于块体和砂浆的法向粘结力较低，因此规范不允许设计成沿通缝截面的受拉构件。②沿齿缝（I-I截面）破坏。③沿块体和竖向灰缝截面的破坏（Ⅱ-Ⅱ截面）。
图5.19 砌体轴心受拉破坏形态
若块体的强度较低，而砂浆强度较高时，可能发生沿块体和竖向灰缝截面的破坏。此时，截面承载力由砖石的抗裂强度决定。《砌体结构设计规范》对块体的最低强度做了限制后，实际上防止了沿Ⅱ—Ⅱ截面形式的破坏形态的发生。当力的方向平行于水平灰缝时，若块体的强度较高，而砂浆强度较低时，则可能发生沿齿缝截面的破坏。此时，砌体的抗拉强度取决于砂浆和块材的切向粘结强度。
（2）砌体轴心抗拉强度平均值
砌体沿齿缝截面破坏的轴心抗拉强度平均值，可按下面公式计算：
式中 f2——砂浆的抗压强度平均值（MPa）；
k3——砌体类别有关的参数，其取值见表5.5。
表5.5 系数k3、k4、k5的取值
2）砌体的弯曲受拉
（1）砌体弯曲受拉破坏特征
砌体受弯时，总是在受拉区发生破坏，如图5.20所示，有3种破坏形式：①砌体沿通缝截面破坏；②砌体沿齿缝截面破坏；③砌体沿块体和竖向灰缝截面破坏。
图5.20 砌体弯曲受拉破坏形态
砌体的受弯破坏，实质上是弯曲受拉破坏，是由于截面上拉应力超过砌体抗拉强度造成的。由于规范规定了块体最低强度等级，实际上防止了沿块体和竖向灰缝的破坏。因此，砌体只需要进行沿齿缝和沿通缝破坏时的弯曲受拉强度计算，和轴心抗拉强度计算类似，砌体的弯曲抗拉强度也以砂浆抗拉强度为基础计算。
（2）砌体弯曲抗拉强度平均值计算公式
砌体沿齿缝和沿通缝截面受弯破坏弯曲抗拉强度平均值按下式计算：
式中 f2——砂浆的抗压强度平均值（MPa）；
k4——砌体类别有关的参数，其取值见表5.5。
3）砌体的受剪
（1）砌体受剪破坏特征
受纯剪时，根据构件的实际破坏情况，如图5.21所示，可分为沿通缝抗剪、沿齿缝抗剪、沿阶梯形缝抗剪三种状态。齿缝受剪破坏一般仅发生在错缝较差的砖砌体及毛石砌体中，其中沿阶梯形缝破坏是地震中墙体最常见的破坏形式，由于砌体中竖向灰缝饱满度较差，一般不考虑它的抗剪作用。根据试验，这三种抗剪强度值基本相同，抗剪强度和块体与砂浆之间的粘结强度有关。
图5.21 砌体剪切破坏形态
（2）砌体抗剪强度平均值
砌体抗剪强度平均值，按下面公式计算：
式中 f2——砂浆的抗压强度平均值（MPa）；
k5——砌体类别有关的参数，其取值见表5.5。
此外，对于灌孔混凝土砌块砌体，除了与砂浆强度有关外，其抗剪强度主要取决于灌孔混凝土强度的影响。根据试验结果，单排孔且对孔砌筑的混凝土砌块，灌孔砌体的抗剪强度设计值fvg,m应按下列公式计算：
式中 fg，m——灌孔混凝土砌块砌体抗压强度平均值。
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