0、 引言

　　人类从巢居、穴居进化到室居的过程中，最早利用的建筑材料之一就是石头。秦汉之后，石材较普遍应用到各类建筑中去。我国古代用石材作为建筑材料的，主要可以归纳为三类: 单体建筑、附属建筑及制品以及特殊类型。单体建筑包括地下建筑石墓和地上建筑石塔、石屋、石桥梁、石城墙等; 附属建筑包括石建筑小品和建筑中的石材构件，如石牌坊、石幢、石阙等属于石建筑小品，石须弥座、石柱础、石栏杆等属于石构件; 特殊类型是指开凿山岩的洞窟工程。

　　由于石材的材料特性，自然的节理以及开采时可能产生的微裂缝的存在，使其在作为受弯构件时的抗弯、抗拉和抗剪性能较差，安全性较低，且石材受弯破坏为完全脆性破坏。北京国子监 200 多年历史的石桥，因为年代久远，一块石板就出现过突然断裂的情况。因此研究石结构的受力性能对古建筑保护有十分重要的意义。目前国内对于砖石古塔、古代石拱桥、石牌坊的保护研究已有一些，对于闽南地区的石砌体房屋，花岗岩石楼板的研究也在进行中。本文主要针对北京古建筑中的青白石梁板进行试验研究。

　　1、 试验方案设计

　　1. 1 试件设计

　　试件设计参考明十三陵石牌坊和国子监石桥板的实际尺寸，共设计两种截面尺寸，试件主要参数见表 1。

　　1. 2 加载装置和测点布置

　　本次试验均为两端简支，通过分配梁进行三分点加载。试验测量的主要内容包括石梁挠度和纯弯段截面应变。每个试件均在跨中、两个加载点及支座处布置百分表，以量测试件弯曲挠度和支座沉降;在纯弯段内的跨中位置沿截面高度均匀布置 5 个100mm 标距的电阻应变片，以验证平截面假定; 沿纯弯段顶部和底部各布置 100mm 标距的电阻应变片，以量测纯弯段内石材的最大应变。试件的加载装置及测点布置见图 1。

　　试验开始前，先预加 1 级荷载，观测仪器反应是否正常。一切情况正常后，试验正式进行。采用分级单调加载的形式，每级荷载 10kN，每级荷载加载结束后持荷 2min，用于记录数据及观察试验现象，接近破坏时减小荷载级别。试验过程中随时记录裂缝发展情况。

　　分级加载时，试验荷载的实测值应按下列原则确定: 在持荷时间完成后出现试验标志时，取该级荷载值作为荷载实测值; 在加载过程中出现试验标志时，取前一级荷载值作为试验荷载实测值; 在持荷过程中出现试验标志时，取该级荷载和前一级荷载的平均值作为试验荷载实测值。

　　2 、试验结果

　　2. 1 试验现象

　　各试件均发生脆性破坏，试验现象基本相同。

　　在加载初期试件表观无任何变化，没有声音，没有裂缝出现。随着荷载的增大，应变和挠度值随荷载不断增加。当荷载值增大到一定值时，石梁突然断裂，断口一般在纯弯段，断面基本垂直梁底(见图 2) 。

　　由于石材的材质离散性较大，因此，石梁承载力和破坏时的应变和挠度都有较大的离散性。

　　2. 2 试验结果

　　石材的强度取决于岩石的矿物组成、结构与构造特征、胶结物质的种类及均匀性等。Q-YX-B1在 58kN 加载过程中破坏，Q-YX-B2 在 64kN 持荷过程中破坏，Q-YX-B4 在 166kN 加载过程中破坏，Q-YX-L1 在 60kN 持荷过程中破坏，Q-YX-L2 在 112kN加载过程中破坏，Q-YX-L3 在 75kN 加载过程中破坏，均为脆性破坏。

　　2. 3 平截面假定

　　为了验证试件的应变关系能否满足平截面假定，在纯弯段跨中沿截面高度粘贴了 5 个应变片。

　　试件 Q-YX-B4 不同荷载等级下跨中截面应变沿高度变化见图 3。由图 3 可知: 石梁跨中截面应变沿高度方向基本上呈线性分布; 在荷载较小时，中性轴基本上在梁高的中部; 随着荷载增加，中性轴高度稍有上移; 破坏时，中性轴高度基本上在梁高的 0. 4 左右。其他试件的规律基本相同，纯弯段满足平截面假定，破坏时，石梁的中性轴位于截面上部，各试件平均受压区高度为梁高度的 0. 4 倍。

　　2. 4 荷载位移曲线

　　各试件荷载-挠度曲线基本相似，只是极限荷载，变形不一致。试件的荷载-挠度曲线见图 4。由石梁的荷载-挠度曲线图知，试件达到最大荷载前，荷载和挠度曲线接近直线。极限挠度很小，破坏是脆性破坏，无预兆。

　　3、 极限承载力计算

　　由图 3 可知，在荷载较小时，中性轴基本上在梁高的中部; 试件破坏时，中性轴高度基本上在梁高的0. 4 左右。显然，石材试件受弯时，受拉区有类似素混凝土的塑性发展。参考《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010) 素混凝土受弯构件的承载力计算公式，石梁受弯承载力可按下式计算:M = γfctW (1)式中: γ 为截面抵抗矩塑性影响系数; fct为轴心抗拉强度值; W 为截面受拉边缘的弹性抵抗矩，对于矩形截面 W = bh2/6。

　　在现有石结构的标准中，《公路工程岩石试验规程》(JTG-E41-2005) 采用抗折强度计算石材强度指标，石材抗折强度计算公式为:Rb=M/W(2)显然，若取 Rb= γfct，则式(1) 、式(2) 完全一致。

　　为与《公路工程岩石试验规程》(JTG-E41-2005) 协调，采用抗折强度计算石梁的受弯承载力。受弯承载力计算公式如下:M = RbW (3)依据式(3) ，可以计算各试件抗折强度试验值，各试件抗折强度试验值的计算结果见表 2。抗折强度最小值为 2. 5MPa。

　　青白石梁的受弯承载力可以采用式(3) 计算，计算时，抗折强度可取为 2. 5MPa。

　　4、 结论

　　通过青白石梁的受弯试验研究，主要结论如下:1) 青白石梁的破坏属于脆性破坏，破坏发生突然，没有预兆;2) 石梁的开裂荷载即为极限荷载;3) 石梁的挠度变形很小，不易察觉;4) 纯弯段满足平截面假定，破坏时，石梁的中性轴位于截面上部，各试件平均受压区高度为梁高度的 0. 4 倍;5) 提出了用抗折强度最小值计算承载力的方法。

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