CN103249899A - 自加固式砌筑块、由自加固式砌筑块制成的墙和用于制造自加固式砌筑块的方法 - Google Patents

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Abstract

一种自加固式砌筑块，其包括主体，该主体具有相反的基本平行的叠置表面和至少一个管状单元，至少一个管状单元被限定为从叠置表面中的一个叠置表面至另一个叠置表面穿过主体。至少一个限制加固件被嵌入主体中以包围相应的单元。每个限制加固件基本完全沿其相应的单元的纵向长度延伸并且终止于叠置表面内侧。自加固式砌筑块可用于水泥浆填充的、竖向加固的砌筑块墙的构造中，其中自加固式砌筑块被用于灌浆的单元易于因高水平的压缩应力而被压碎的墙部分，并且传统未加固的砌筑块被用于墙的其它部分。还描述了用于制造自加固式砌筑块的方法。

Description

自加固式砌筑块、由自加固式砌筑块制成的墙和用于制造自加固式砌筑块的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年9月15日提交的第61/382,964号美国临时申请的优先权。
技术领域
本发明涉及砌筑块，更具体地涉及自加固式砌筑块。
背景技术
常见的砌筑墙由中空的混凝土砌块和灰浆制成；砌块的中空部分通常被称为“单元（cell）”。单元减轻了石匠在建造期间必须提升就位的砌块的重量，并且还能够在墙中安装竖向加固件。为了增大抗横向荷载，水泥浆和竖向加固件诸如钢加固条被放置在砌块的单元中。填充砌块单元还增强了混凝土砌块墙在竖向荷载下的抗压强度。将竖向钢加固条放入砌块单元中增强了墙的挠曲强度，从而通过该加固条的屈服提高了延性。然而，延性的程度因混凝土砌块在相对较低的压缩应变下的压缩破坏而受到限制。
在用于地震荷载的抗震设计中，打算用于抗因地震活动引起的水平力的混凝土砌块剪力墙必须被加固，以增加其挠曲强度并发展一些延性和能量耗散性能。然而，在混凝土砌块的压缩破坏前实现充分的延性和能量耗散是极具挑战性的。加固的混凝土砌块构造通常必须被设计用于几乎为诸如加固的混凝土结构和钢结构的更大延性竞争建筑材料两倍的横向荷载。因此，加固的混凝土砌块构造通常不具有经济竞争力，而且有时在技术上是不可行的。近年建筑规范的改变已强加了影响加固式砌筑构造的限制，因此这种最常见的建筑材料的使用已经受到了明显的限制。
结构设计的另一方面涉及建筑设计必须遵循的极限状态，即“正常使用极限状态”和“最大极限状态”。正常使用极限状态处理期望荷载下的建筑性能的正常进展，并且要求在这些情况下建筑不应显示任何损坏迹象而应以期望的方式工作。最大极限状态针对通过设计用于比实际预期的荷载更高的荷载以及通过考虑材料强度的可变性来提供抗破坏的安全系数，例如处理可能出现的不期望的过载或者弱化。
近年来，已经引入了接受损坏但防止倒塌的设计理念，尤其涉及更难预料的地震力和其他作用力。此设计理念针对经历永久损坏的最大限制状态之外的情况。由于结构已被适当地设计为接受损坏但防止倒塌，所以在最大限制状态之外但在设计限制之内的情况下，结构可能明显受损，但仍保持其原始强度的大部分（至少80%），在地震的情况下，额外被接受的损坏产生增加的延性和能量耗散。该额外的延性和能量耗散允许设计用于低发生概率的情况下（诸如多数国家目前所设计的1/475年或1/2500年地震）的较低横向力。在这种地震的事件中，将发生损坏但建筑不会倒塌，因而可减少死亡、伤害和附带损害。根据损坏的程度，可以节约地修复建筑的成本。
经受（诸如由重力荷载和由横向地震力导致的荷载在混凝土砌块剪力墙中产生的）竖向压缩的水泥浆填充的中空砌筑块构造的行为存在两个关联而分离的方面：单元中的水泥浆与用灰浆砌合的中空砌筑块之间的相互作用；以及水泥浆填充的中空砌筑块的易碎压缩破坏。
首先关于单元的水泥浆与灰浆砌合的中空砌筑块之间的相互作用。在标准的中空砌块构造中，因灰浆与砌块材料之间的不相容性，在远低于单个砌块的抗压强度的应力处发生压缩破坏。在竖向压缩下，较软灰浆的较大横向扩展产生砌块中的横向张力，其导致通过砌块的网和面壳而发展的竖向裂缝，导致组合材料在相对低水平的竖向应变下的突然破碎。因此，可基于灰浆类型和砌块的抗压强度来预测组合的抗压强度。然而，当水泥浆用于填充中空混凝土砌块构造中形成的单元时，添加该第三种材料产生更复杂的情况，其中，水泥浆的不同的应力应变特性、因一个层与另一层砌块单元的不完全对齐而产生的水泥浆柱的不连续性、因面壳和网的锥形形状而产生的楔作用以及水泥浆的收缩全部组合产生了比未灌浆的组装件中获得的材料强度更低的材料强度。添加水泥浆增加了结构的整体能力，但是当考虑到被灌浆的截面增加的实面积时，通过基于破坏荷载（能力）的强度除以组装件的有效净面积，破坏的应力通常比未灌浆的中空砌筑块约低25%。增加水泥浆强度对整体抗压能力只有些微效果。
虽然中空砌筑块中单元的几何形状的改变以及收缩补偿的水泥浆的使用能够降低观察到的强度的减少，但是这些方法不完全有效并且具有不期望的经济影响。将水泥浆的体积减少为总体积的约25%并改进连续层的砌筑块中的单元的竖向对齐能够帮助解决不期望的强度减少。例如，对于标称20cm（8英寸）的砌块，直径为100mm（4英寸）的圆柱形状的单元占总体积和总截面面积的大约21%，与这些砌块的定位结合使得单元从一个层到另一层对齐，得到比传统被灌浆的中空块构造更高的抗压强度。
现在转至水泥浆填充的中空砌筑块的易碎压缩破坏，尽管以上描述了因砌块的几何形状产生了提高的抗压强度，但是压缩破坏的模式保持不变：被灌浆的组装件的竖向裂缝的发展和突然破碎/粉碎。被灌浆的砌筑块和混凝土产品的这种易碎特性在一段时间内通常被理解成对混凝土砌块构造的使用的限制因数，尤其对于其中经济设计需要延性行为的抗震设计。
已经指出，易碎材料（诸如混凝土）的横向限制在竖向轴向的压缩荷载下形成三轴压缩状态，从而获得的较高强度的材料并且在竖向压缩荷载下砌块破碎和粉碎前达到更高的竖向应变。强度增加和更大的可变形性可用于产生更具延性的加固混凝土砌块剪力墙，以更好地抗横向地震荷载。
已经研发若干策略试图将横向限制引入被灌浆的混凝土砌块构造。这些限制方法通常是被动的，因为需要竖向变形来引入限制效果。通过材料的竖向压缩，在横向扩展与竖向压缩之比被认为是Poisson比率时发生材料的横向扩展。在低水平荷载处，该比率约为0.21，但在高水平应力处，其会明显地增加并产生被称为扩张的现象。引入限制加固抗件以抗横向扩展的行为在水平（横向）加固件中引入了张力，在被灌浆的混凝土砌块中引入横向压缩的平衡量。受限制区域中的抗压缩应力的三轴状态产生了更高的抗压强度，并且极大地增加了受限制材料的可变形性。
使用限制加固件增强被灌浆区域的抗压能力和可变形性的一种方法包括将钢丝网、穿孔板和/或纤维增强聚合物（FRP）织物/层压物放置在灰浆平缝中。例如，Priestley（Priestley，M.J.N的Ductility ofUnconfined and Confined Concrete Masonry Shear Walls（未受限和受限的混凝土砌筑剪力墙的延性）TMS Journal，1981年7月-12月，第28-39页）研究了在灰浆层内用3mm厚的不锈钢板限制的混凝土砌筑棱柱。板被切割成网形状的砌筑单元，从而不干扰被灌浆的单元，其中5mm的边缘容差用于指示灰浆平缝。受限的棱柱显示增加的强度、在峰值荷载处的更高应变以及应力应变曲线的非常平坦的下落分支。PCT专利申请PCT/US2005/25477（公开号为WO2006/020261）教导了使用限制加固件的其他方法。
第5809732号美国专利教导了一种混凝土砌筑块，其具有一个或多个外板，外板由通过砌块锚固的板形成以使物品能够被锚固至用这些砌块建造的墙。可在预选的位置使用具有外板的砌筑块建造砌筑墙以通过将物品附接至板而锚固至墙。外板支持锚固功能而非加固墙。
提出的另一技术是仅为水泥浆提供横向加固件，例如通过使用在灌浆前在砌块单元内放置螺旋线圈形状的加固件。
Hart等人（Hart，G.C.等人的The Use of Confinement Steel toIncrease the Ductility in Reinforced Concrete Masonry Shear Walls（使用限制钢增加加固式混凝土砌筑剪力墙的延性），TMS Journal，1988年7月-12月第19-42页）实施综合测试程序以调查不同类型的限制，诸如丝网、改良的“Priestley板”、环箍和螺旋物。为了在全部棱柱测试中保持一致的竖向加固，在每个单元中设置一个6号钢条。结论为：（1）未加固的和竖向加固的未受限棱柱表现相同并且以易碎的方式被破坏；（2）全部类型的限制在应力应变曲线的递减部分具有积极的作用并且增加了应力应变曲线下方的区域；（3）Priestley板提供最强的限制；以及（4）开放的丝网限制类型表现良好。
对于具有标准砌块尺寸的混凝土砌块构造，如Priestly建议的将限制加固件放置在灰浆平缝内意味着在限制加固件之间使用200mm（8英寸）的竖向间隔（即，连续的平缝之间的距离）。这种大间隔限制了抗所包围的竖向压缩加固件的压曲的支持有效性和限制有效性。减少砌块的高度来减少间隔距离要求处理更多的块并且铺设更多的灰浆，这会急剧地增加建造成本。类似地，增加建造人力与在灌浆前将螺旋线圈加固件放置在砌块单元中相关联。此外，因为针对占据小于45%的实体积的典型灌浆单元，小于30%的区域可能被有效地限制，所以这种加固件的有效性受到限制。随着螺旋外部的砌块和水泥浆的粉碎，其余受限区域容易破碎并且不能发展足够的额外强度来补偿受限区域外部的材料受到压缩而破坏之后损失的区域。
因此，使用以上提及的技术在砌筑块构造中实现增加的延性具有实际的困难并且还可能具有明显增加的人工成本。
发明内容
在一个方面，本发明针对一种自加固式砌筑块。该自加固式砌筑块包括主体，该主体具有相反的基本平行的叠置表面并且具有至少一个管状单元，至少一个管状单元被限定为从叠置表面中的一个叠置表面至另一个叠置表面穿过主体。每个单元具有纵向轴线和由叠置表面限定的纵向长度。至少一个中空限制加固件被嵌入主体中，每个限制加固件沿相应单元的纵向长度包围相应的单元。每个限制加固件基本完全沿其相应的单元的纵向长度延伸并且终止于叠置表面内侧。
在一个实施方式中，每个限制加固件相对于其相应的单元向外间隔开，并且在具体的实施方式中，每个限制加固件是多孔的。
在一个实施方式中，自加固式砌筑块的主体由混凝土形成。
在一个实施方式中，每个限制加固件是管状的。在一个具体的实施方式中，每个单元和每个限制加固件的截面基本为圆形的，并且在另一具体的实施方式中，每个单元和每个限制加固件的截面基本为方形的。
限制加固件例如可包括冷成型钢、热轧钢、铝、玻璃、碳纤维复合物和纤维增强聚合物。在一个特殊的实施方式中，每个限制加固件包括被形成为管并且其中具有穿孔的金属片。在另一具体的实施方式中，每个限制加固件包括网状材料。
在另一方面，本发明针对用于制造自加固式混凝土砌块的方法。该方法包括将至少一个中空限制加固件相对于块模具的主腔的侧壁向内放置在主腔内部；将混凝土混合物引入主腔中以填充主腔，并同时留下主腔内至少一个单元区域基本没有混凝土；限制加固件被定位为包围相应的单元区域；封闭模具；以及振动封闭的模具并向混凝土混合物施加压力以形成混凝土砌块。
在一个具体的实施方式中，该方法还包括将至少一个单元模具元件相对于主腔的侧壁向内放置在主腔内部，使得单元模具元件限定单元区域。将限制加固件定位为包围相应的单元区域导致限制加固件和单元模具元件被设置使得，对于每个限制加固件，相应的单元模具元件被放置在该限制加固件内部并且相对于该限制加固件向内间隔开。在一个实施方式中，在单元模具元件被放置在主腔内部后，限制加固件被放置在主腔的内部，并且在另一实施方式中，限制加固件和单元模具元件基本同时地被放置在主腔的内部。
在另一方面，本发明针对一种墙，其包括多个自加固式砌筑块和多个未加固的砌筑块。自加固式砌筑块和未加固的砌筑块中的每个包括主体，该主体具有相反的基本平行的叠置表面和至少一个管状单元，至少一个管状单元被限定为从叠置表面中的一个叠置表面至另一个叠置表面穿过主体，每个单元具有纵向轴线和由叠置表面限定的纵向长度。每个自加固式砌筑块还包括至少一个中空限制加固件，其被嵌入自加固式砌筑块的主体中，其中每个限制加固件沿自加固式砌筑块中的相应单元的纵向长度包围该相应的单元。每个限制加固件在自加固式砌筑块中基本完全沿其相应的单元的纵向长度延伸，并且终止于自加固式砌筑块的叠置表面内侧。
自加固式砌筑块和未加固的砌筑块以叠置配置设置，在叠置配置中，竖向相邻的砌筑块的单元彼此对准以限定竖向延伸的管状腔。墙包括边缘部分和位于边缘部分之间的中间部分，中间部分包括未加固的砌筑块，边缘部分的至少基部区域由自加固式砌筑块构成。边缘部分中最外面的竖向延伸的管状腔中的全部被水泥浆填充，并且具有竖向延伸穿过其并被嵌入该水泥浆中的弹性加固构件。
在一个实施方式中，中间部分中的竖向延伸的管状腔中的至少一些被水泥浆填充，并且具有竖向延伸穿过其并被嵌入该水泥浆中的弹性加固构件。
边缘部分可包括所述墙的相反的竖向延伸的端部，并且还可包括墙的与墙中的开口相邻的竖向延伸部分。
在一个实施方式中，自加固式砌筑块和未加固的砌筑块为混凝土砌块。
在一个实施方式中，自加固式砌筑块中的限制加固件相对于其相应的单元向外间隔开，并且在具体的实施方式中，限制加固件是多孔的。
在一个实施方式中，墙还包括设置在竖向相邻的砌筑块的叠置表面之间的灰浆。
附图说明
通过下面参照附图进行的描述，本发明的这些及其他特征将变得更加显而易见，在附图中：
图1A是根据本发明的一个方面的第一示例性自加固式砌筑块的局部剖视立体图；
图1B是根据本发明的一个方面的第二示例性自加固式砌筑块的局部剖视立体图；
图1C是根据本发明的一个方面的第三示例性自加固式砌筑块的局部剖视立体图；
图2A是用于图1A、图1B和图1C的自加固式砌筑块的示例性限制加固件的立体图；
图2B是根据本发明的一个方面的自加固式砌筑块的第二示例性限制加固件的立体图；
图3是根据本发明的一个方面的包含自加固式砌筑块的第一示例性墙的立体图；
图4是根据本发明的一个方面的包含自加固式砌筑块的第二示例性墙的立体图；
图5是根据本发明的一个方面的包含自加固式砌筑块的第三示例性墙的立体图；
图6A至6E示出了根据本发明的一个方面用于制造自加固式砌筑块的方法；
图7A是根据本发明的一个方面的自加固式砌筑块的第三示例性限制加固件的立体图；以及
图7B是根据本发明的一个方面的包含图7A的限制加固件的自加固式砌筑块的立体图。
具体实施方式
现在参见图1A，其示出了根据本发明的一个方面的示例性自加固式砌筑块100A。砌筑块100A包括主体102A，主体102A具有相反的基本平行的叠置表面104A。示出的砌筑块102A的主体102A由混凝土形成。在示出的实施方式中主体102A为平行六面体，因而还具有平坦的端部106A和平坦的侧壁107A，平坦的端部106A在建筑上适于在墙的端部处使用，此处是在地震事件中在剪力墙中出现最高压缩应力的位置。图1A中的示例性砌筑块100A的尺寸为190×190×390mm
Figure BDA00003083953600081
并具有与同一尺寸的标准传统混凝土砌块相同的外部大小和形状，因而与其相容。其它适当的形状和大小也可用于根据本发明的各方面的自加固式砌筑块。一对中空圆管状单元108A被限定为从一个叠置表面104A至另一叠置表面104A穿过主体102A，其中，每个单元具有基本垂直于叠置表面104A的纵向轴线AA，并具有由叠置表面104A限定的纵向长度LA。图1A所示的示例性砌筑块100A为具有分裂单元110A的“分裂（splitter）”块，如现有技术公知的，其能够将单个砌筑块100A分裂成两个一半尺寸的块（未示出），每个块具有单个单元108A，供本领域公知的顺砖砌合构造使用。
两个中空的限制加固件112A被嵌入主体102A中。各限制加固件112A沿纵向长度LA包围相应的单元108A，并且基本完全沿相应的单元108A的纵向长度LA延伸以在邻近叠置表面104A处终止。限制加固件112A的截面为圆形，以使其截面形状对应于单元108A的圆形截面形状。
在图1A所示的示例性实施方式中，每个限制加固件112A相对于其相应的单元108A向外间隔开，从而在限制加固件112A与单元108A的空间之间存在混凝土的环状区域114A。限制加固件112A为周向连续的。虽然在限制加固件112A中存在孔洞220（图2A），但是不存在延伸限制加固件112A的整个长度以中断周向连续性的孔洞。作为周向连续的限制加固件112A的结果，当砌筑块100A如下面进一步描述的那样设置在墙中时，随着限制加固件112A与单元108A之间的环状区域114A中的混凝土横向地扩展，可发展“周张力”。由于限制加固件112A基本完全沿相应的单元108A的纵向长度延伸并且在邻近叠置表面104A处终止，所以环状区域114A中仅与叠置表面104A相邻的小部分混凝土没有直接受到限制加固件112A的限制。当墙由如图1A所示的砌筑块100A形成时，这些小部分将通过紧邻竖向相邻的上和下砌筑块100A中的限制加固件112A而被有效地限制。
一些制造商可能更喜欢制造仅具有单个单元的“半长”砌筑块，并且在这些情况下具有两个单元的“全长”块将无需成为“分裂”块。图1B示出了砌筑块100B，除了图1B的砌筑块100B不包括分裂单元之外，砌筑块100B与图1A所示的砌筑块100A相同，图1C示出了砌筑块100C，砌筑块100C的长度为图1A和图1B的砌筑块100A、100B的长度的一半，并且砌筑块100C仅包括单个单元108C和单个相应的限制加固件112C。图1B和图1C所示的砌筑块100B、100C在其他方面与图1A所示的砌筑块100A相同，因而除了后缀分别为“B”和“C”之外，相似的参考标号被用于表示相似的特征。在其他实施方式中，“全长”块可包括由限制加固件包围的一个单元和未被加固的另一个单元。
现在参见图2A，更详细地示出了图1A的示例性限制加固件112A。如图可见，限制加固件112A为多孔的，其中多个孔洞220被限定为穿过限制加固件112A的管状壁222。图2A的示例性限制加固件112A的管状壁222由网状材料形成，并且包括彼此互连的纵向延伸元件224和周向延伸元件226。周向延伸元件226是连续的并因而提供限制加固件112A的周向连续性。
图2B示出了用于根据本发明的各方面的砌筑块的多孔限制加固件212B的替换实施方式。限制加固件212B包括金属片228，金属片228被形成为圆形管并且其中具有穿孔230。
根据砌筑块及其单元的几何形状，用于根据本发明的各方面的砌筑块的限制加固件可具有除圆形之外的其他截面形状。例如，限制加固件可具有椭圆形截面、或者方形或者其他多边形截面，或者可包括螺旋。此外，限制加固件的截面形状无需与相应的单元的截面形状相同。单元的尺寸和形状将影响以下方面，诸如在制造中使用的混凝土混合物的紧实性、装配在自加固式砌筑块内的限制加固件的尺寸和形状、以及限制加固件上的混凝土覆盖，这会影响腐蚀保护（如果适用）和耐火性（如果需要）。选择适当的单元尺寸和形状是在本领域技术人员的能力范围内，现通过本文公开内容获悉。
优选地，单元的截面形状和限制加固件的截面形状基本为圆形的。还优选地，限制加固件被规定尺寸并被定位使得总面积的约75%（即包括主体的混凝土和将被水泥浆填充的单元）被限制加固件限制。
图7A示出了限制加固件712，除了其具有基本方形的截面而非圆形的截面之外，限制加固件712与图1A至图1C和图2B所示的限制加固件112A类似，图7B示出了包含图7A的限制加固件712的示例性“半长”砌筑块700。除了图7的砌筑块700的单元708和限制加固件712具有基本方形的截面之外，图7A和图7B的限制加固件712在其他方面与图1A至图1C和图2B的限制加固件112A相同，图7B的砌筑块700与图1C的砌筑块100C相同。因此，除了前缀“7”替代“1”或“2”并且没有后缀、纵向轴线由7LA表示以及纵向长度由7LL表示之外，图7A和图7B中与图1C和图2B对应的特征使用相同的参考标号表示。
根据本发明的各方面的砌筑块的限制加固件可以由任何适当的材料制成，其中适当的材料包括冷成型钢或热轧钢、镀锌钢、铝或特殊合金并且每一种材料可以为波纹状的、玻璃、碳纤维复合物、或者诸如层压制品的不同类型的纤维增强聚合物（FRP）产品。限制加固件的穿孔或孔洞图案以及截面面积可根据设计需求或者其将形成一部分的砌筑块等级（即横向限制的所需水平）来选择。对用于制造限制加固件的材料的形状和厚度的选择还受到将材料形成为周向连续的中空管的能力的影响，该中空管能够抵抗通过限制所包围的材料（诸如混凝土和/或水泥浆）而产生的横向张力。对影响用于制造限制加固件的材料的形状和厚度的选择的附加因素涉及制造砌筑块的方法，下面将对其更详细地讨论。
现将参见图3、图4和图5，其分别示出了由根据本发明的各方面的多个自加固式混凝土砌筑块结合多个传统未加固的混凝土砌筑块300建造的示例性墙340、440、540。在图3、图4和图5中，自加固式混凝土砌筑块为图1B和图1C所示的自加固式混凝土砌筑块100B、100C，并且由粗线标出以将它们与传统未加固的混凝土砌筑块300区分开。可使用根据本发明的一个方面的任何自加固式砌筑块。为了避免过度杂乱的附图，并非所有的砌筑块均标注有参考标号。
类似于自加固式混凝土砌筑块100B、100C，未加固的混凝土砌筑块300均包括具有相反的基本平行的叠置表面304、平坦端部306和至少一个管状单元308的主体302，管状单元308被限定为从一个叠置表面304至另一个叠置表面304穿过主体302。然而，未加固的混凝土砌筑块300不包括图1A至图1C或图7B所示的那种限制加固件，并且在这个意义上使用术语“未加固的”。
墙340、440、540是通过以叠置配置设置自加固式砌筑块100B、100C和未加固的砌筑块300来形成的，其中竖向相邻的砌筑块100B、100C、300的对应单元108B、108C、308彼此对准以限定竖向延伸的管状腔342A、342B（图3）、442A、442B（图4）和542A（图5）。如图3所示，在示出的实施方式中，相邻的砌筑块100B、l00C、300通过设置在相邻的砌筑块100B、100C、300的叠置表面104B、104C、304之间的和平坦端部106B、106C、306之间的灰浆343而彼此紧固。
典型地，如图3至图5所示，在每个竖向连续层的砌筑块100B、100C、300中，砌筑块100B、100C、300彼此横向地偏移“全长”砌筑块的长度的一半，以使每个“全长”砌筑块100B、300（除了在顶层和底层的那些）将位于两个砌筑块100B、100C、300上并且支撑两个砌筑块100B、100C、300。在其他实施方式中（未示出），砌筑块可彼此竖向地对齐，其中每个砌筑块（除了在顶层和底层的那些）支撑另一砌筑块并且由另一砌筑块支撑。后者的设计较少见，并且对设计和构造存在某些约束。
墙340、440、540均包括相应的边缘部分344、444、544和边缘部分之间的中间部分346、446、546。通常，边缘部分344、444、544与相应的墙340、440、540的临界区域对应，在此处被灌浆的单元易于因高水平的压缩应力而被压碎。在墙340、440、540的每个中，中间部分346、446、546由未加固的砌筑块300组成，边缘部分344、444、544由自加固式砌筑块100B、100C组成。墙340、440、540还包括相应的过渡区域349、449、549，在过渡区域中未加固的砌筑块300和自加固式砌筑块100B重叠。可选地，取代使用两个单元106B均被加固的自加固式砌筑块100B，横跨边缘部分344、444、544和过渡区域349、449、549的自加固式砌筑块可以仅具有一个限制加固件，该限制加固件仅加固一个单元，该单元与未被加固的未加固的砌筑块300重叠。
现具体地参见图3。图3所示的墙300为固体加固式砌筑剪力墙，其中由自加固式砌筑块100B、100C建造的边缘部分344为墙300的两个相反的竖向延伸端部350，并且墙的其余部分即边缘部分344之间的中间部分346是使用未加固的砌筑块300建造的。
现参见图4，图4中所示的墙400为在其中限定有开口452的砌筑剪力墙。在墙400中，由自加固式砌筑块100B、100C建造的边缘部分444不仅包括墙400的两个相反的竖向延伸端部，还包括墙400的与其中的开口452相邻且沿着开口452的边以及位于从开口452的底部延伸至墙400的基部的区域中的竖向延伸部分。墙400的剩余部分使用未加固的砌筑块300建造。
图5示出了在其中限定有开口550的另一个砌筑剪力墙500。墙500适于期望明显高的压缩应变的情况，边缘部分440包括墙400的在其端部450与开口552之间延伸的部分，其中墙500在开口下方的部分由未加固的砌筑块300建造。
在图3、图4和图5中分别示出的示例性墙340、440、540中，自加固式砌筑块100B、100C沿墙340、440、540的边缘部分344、444、544的整个高度延伸。根据所施加的荷载和设计需求，在替换实施方式中根据本发明的各方面的自加固式砌筑块可以仅用于边缘部分的基部区域，即，对延性和能量耗散存在需求的、从墙的基部向上延伸的竖向连续层组，但是仅为墙340、440、540的高度的延伸部分。具有两个限制加固件（即，一个限制加固件用于一个单元）的自加固式砌筑块还可用在剪力墙的凸缘中以产生用于不同截面形状的剪力墙的更高的延性。
如上所述，竖向相邻的砌筑块100B、100C、300的对应单元108A、108C、308彼此对准以限定由虚线示出的、竖向延伸的管状腔342A、342B（图3）、442A、442B（图4）和542A（图5）。为了避免过度杂乱的附图，并未示出所有的管状腔。墙340、440、540的边缘部分344、444、544中的竖向延伸的管状腔分别由参考标号342A、442A和542A表示，墙340和440的中间部分346和446中的竖向延伸的管状腔分别由参考标号342B和442B表示。中间部分346（图3）和过渡部分449（图4）中的竖向延伸的管状腔342B、442B中的至少一些被水泥浆348填充并且具有弹性加固构件350（例如钢条），弹性加固构件350竖向延伸通过管状腔并且被嵌入水泥浆348中。为了避免过度杂乱的附图，并非所有的水泥浆348均被标注有参考标号。边缘部分344、444、544中最外面的竖向延伸的管状腔342A、442A、542A中的全部均被水泥浆548填充，并且具有竖向延伸穿过其并被嵌入水泥浆348中的弹性加固构件350。例如，在图5中，与墙500的端部相邻和与开口552相邻的竖向延伸的管状腔342A、442A、542A被水泥浆548填充，并且具有竖向延伸穿过其并被嵌入水泥浆348中的弹性加固构件550。延伸通过边缘部分344、444、544中的管状腔342A、442A、542A的弹性加固构件350的屈服受到自加固式砌筑块100B、100C所提供的横向支撑的抵抗。
现参见图6A至图6E，图6A至图6E为示出根据本发明的一个方面的用于制造自加固式混凝土砌块的示例性方法的简化示意表示，并且示出了在实现示例性方法中所使用的部件的相对定位。图6A至图6E的方法例如可遵循对用于制造传统未加固的混凝土砌块的传统设备和设施（未示出）的适当改动来实现。
如图6A所示，提供具有主腔662的块模具660。主腔662的形状与待生产的自加固式混凝土砌块的预期形状对应。块模具660具有限定主腔660的四个侧壁664，并具有开放的顶部668和开放的底部670，可移除的基部672提供主腔662的下表面。继续参见图6A，将两个中空的限制加固件612相对于主腔662的侧壁664向内放置在主腔662内部。在其它实施方式中，可仅将单个限制加固件612放置在主腔662中，例如形成仅具有单个限制加固件的自加固式砌筑块。
将限制加固件612定位成包围相应的单元区域608（图6B），单元区域608在示例性实施方式中由也相对于侧壁664向内放置在主腔662内部的单元模具元件674限定。将限制加固件612和单元模具元件674设置为使得对于每个限制加固件612，将相应的一个单元模具元件674放置在限制加固件612内部并且相对于限制加固件612向内间隔开，如图6B所示。在一个实施方式中，在将单元模具元件674放置在主腔662内部之后，将限制加固件612放置在主腔662内部。在其它实施方式中，可在将单元模具元件674被放置在主腔662内部之前或者与单元模具元件674同时地将限制加固件612放置在主腔662内部。
现参见图6B，一旦限制加固件612和单元模具元件674已经被定位，将干硬性（no-slump）混凝土混合物676引入主腔662中以填充主腔662。单元模具元件674禁止混凝土混合物676流入由单元模具元件674限定的单元区域608中，留下主腔662内的单元区域608基本没有混凝土676。
现参见图6C，通过在侧壁664之间将盖子或“托板（shoe）”678装配到主腔662中以抵靠在混凝土混合物676的顶部来封闭块模具660。托板678具有孔洞680，孔洞680被限定为贯穿托板678以容纳单元模具元件674的顶部。如图6D所示，通过例如液压设备（未示出）将托板678向下压在混凝土混合物676上以向混凝土混合物676施加压力，块模具660、基部672和托板678作为单个单位振动以使混凝土混合物676紧凑成变硬的形状，从而形成自加固式混凝土砌块600。然后，如图6E所示，可将基部672降低远离块模具660以释放自加固式混凝土砌块600。
图6A至图6E仅为示例性的，并不暗指限制加固件612必须通过开放的顶部668放置在块模具660中；限制加固件612可通过开放的底部670放置在块模具660中。在典型制造操作中，将单元模具元件674紧固到块模具660中，将基部672升高至适当位置以提供主腔662的下表面。将混凝土混合物676放置在主腔662内，然后将托板678降低以封闭块模具660。例如，托板678可具有凹口或孔洞（未示出）以容纳支撑件（未示出），支撑件将单元模具元件674紧固至块模具660，如本领域公知的。当模具组件振动时，托板678施加压力。然后将基部672降低并且在托板678的帮助下，当基部672被降低远离块模具660时，新生产的自加固式混凝土砌块600被迫留在基部672上。例如通过传输带（未示出）移走基部672和完成的块，将新基部672移动到适当位置以形成另一自加固式混凝土砌块600。在该过程中，在将基部672升高到适当位置以提供主腔662的下表面之前可将限制加固件612例如放置在基部672上，或者在将基部672升高之前可将限制加固件612放置为包围单元模具元件674。
通过使用基本上不流动的干硬性混凝土，在限制加固件为多孔的情况下，即在其中具有多个孔洞的情况下，限制加固件的厚度必须被限制使得振动和压实压力可迫使混凝土混合物填充孔洞以及限制加固件与叠置表面之间的任何空间。例如，对于网状限制加固件，使用太厚的周向延伸元件可能导致这些周向延伸元件下方的空隙，这将削弱混凝土并降低限制效果。
限制加固件应提供足够的竖向刚度，以在制造周期结束（图6E）压实压力被释放时阻止任何实质的回弹效应。同时，限制加固件的竖向剖面也应被选择使得，当嵌入有限制加固件的自加固式砌筑块的混凝土被压缩时，例如作为混凝土剪力墙的一部分，限制加固件将不会在限制加固件的竖向部件被压缩时因Poisson效应而经受其水平部件的任何实质上的扩展。这种水平或横向扩展将减少限制加固件对由其包围的水泥浆和混凝土的限制效果。使用多孔的限制加固件是优选的，因为其有助于阻止限制加固件的竖向压缩引起其横向扩展，而且限制加固件中的孔洞还允许限制加固件的内部与外部混凝土之间的联结的发展，这抑制限制加固件外部的混凝土与包含在限制加固件内的混凝土过早分离。
如上所述，根据本发明的各方面的自加固式砌筑块的尺寸和外部几何形状优选与通常使用的传统未加固的混凝土砌筑块的尺寸和外部几何形状相同。在优选的实施方式中，单元诸如单元108A、108B、108C的尺寸和形状与常见未加固的混凝土砌筑块的单元的尺寸和形状不同。如图3所示，传统未加固的混凝土砌筑块300的单元308的截面形状通常为方形，而示例性自加固式砌筑块100B、100C中的单元106B、106C的截面形状通常为圆形。示例性自加固式砌筑块100B、100C的圆形单元106B、106C稍微小于传统未加固的混凝土砌筑块300的方形单元308，即使在相同的单元宽度的情况下。该尺寸差异的结果为，与需要填充传统未加固的混凝土砌筑块300的方形单元308的水泥浆相比，需要较少的水泥浆348来填充示例性自加固式砌筑块100B、100C的圆形单元106B、106C。由于水泥浆348通常比形成砌筑块的混凝土较弱，所以通过水泥浆填充的自加固式砌筑块100B、100C所形成的结构与通过水泥浆填充的未加固的砌筑块300所形成的其它方面相同的结构相比具有更大的抗压强度。不受理论的限制，此提高的抗压强度被认为与限制加固件独立地出现，而且通过提高被包围在限制加固件内的混凝土和水泥浆的强度，更加有效地增强了限制加固件的有效性。
已通过示例的方式描述了一个或多个当前优选的实施方式。对本领域技术人员应该明显的是，可以作出若干变化和修改而不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (22)

1.一种自加固式砌筑块，包括：
主体，具有相反的基本平行的叠置表面；
所述主体具有至少一个管状单元，所述至少一个管状单元被限定为从所述叠置表面中的一个叠置表面至另一个叠置表面穿过所述主体；
所述至少一个管状单元中的每个具有纵向轴线和由所述叠置表面限定的纵向长度；
至少一个中空限制加固件，被嵌入所述主体中；
每个限制加固件沿所述至少一个管状单元中相应的一个管状单元的纵向长度包围该相应的管状单元；
每个限制加固件基本完全沿相应的单元的纵向长度延伸；以及
每个限制加固件终止于所述叠置表面内侧。
2.如权利要求1所述的自加固式砌筑块，其中，每个限制加固件相对于相应的单元向外间隔开。
3.如权利要求2所述的自加固式砌筑块，其中，所述至少一个限制加固件是多孔的。
4.如权利要求1、2或3所述的自加固式砌筑块，其中，所述主体由混凝土形成。
5.如权利要求1、2、3或4所述的自加固式砌筑块，其中，每个限制加固件是管状的。
6.如权利要求5所述的自加固式砌筑块，其中，每个单元和每个限制加固件的截面基本为圆形。
7.如权利要求5所述的自加固式砌筑块，其中，每个单元和每个限制加固件的截面基本为方形。
8.如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的自加固式砌筑块，其中，每个限制加固件包括冷成型钢、热轧钢、铝、玻璃、碳纤维复合物和纤维增强聚合物之一。
9.如权利要求1、2、3、4或5、6、7或8所述的自加固式砌筑块，其中，每个限制加固件包括被形成为管并且其中具有穿孔的金属片。
10.如权利要求1、2、3、4或5、6、7或8所述的自加固式砌筑块，其中，每个限制加固件包括网状材料。
11.一种用于制造自加固式混凝土砌块的方法，包括：
将至少一个中空限制加固件相对于块模具的主腔的侧壁向内放置在所述主腔内部；
将混凝土混合物引入所述主腔中以填充所述主腔，并同时留下所述主腔内至少一个单元区域基本没有混凝土；
所述至少一个限制加固件被定位为包围所述至少一个单元区域中相应的一个单元区域；
封闭所述模具；以及
振动封闭的模具并向所述混凝土混合物施加压力以形成所述混凝土砌块。
12.如权利要求10所述的方法，还包括：
将至少一个单元模具元件相对于所述主腔的侧壁向内放置在所述主腔内部；
其中，所述至少一个单元区域由所述至少一个单元模具元件限定；以及
其中，所述至少一个限制加固件被定位为包围所述至少一个单元区域中相应的一个单元区域导致所述至少一个限制加固件和所述至少一个单元模具元件被设置使得，对于每个限制加固件，所述至少一个单元模具元件中相应的一个单元模具元件设置在该限制加固件内部并且相对于该限制加固件向内间隔开。
13.如权利要求12所述的方法，其中，在所述至少一个单元模具元件被放置在所述主腔内部后，所述至少一个限制加固件被放置在所述主腔内部。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述至少一个限制加固件和所述至少一个单元模具元件基本同时地被放置在所述主腔内部。
15.一种墙，包括：
多个自加固式砌筑块；以及
多个未加固的砌筑块；
所述自加固式砌筑块和所述未加固的砌筑块中的每个包括：
主体，具有相反的基本平行的叠置表面；
所述主体具有至少一个管状单元，所述至少一个管状单元被限定为从所述叠置表面中的一个叠置表面至另一个叠置表面穿过所述主体；
所述至少一个管状单元中的每个具有纵向轴线和由所述叠置表面限定的纵向长度；
每个自加固式砌筑块还包括：
至少一个中空限制加固件，被嵌入所述自加固式砌筑块的所述主体中；
每个限制加固件沿所述自加固式砌筑块中所述至少一个管状单元中相应的一个管状单元的纵向长度包围该相应的管状单元；以及
每个限制加固件在所述自加固式砌筑块中基本完全沿相应的管状单元的纵向长度延伸；以及
每个限制加固件终止于所述自加固式砌筑块的所述叠置表面内侧；
所述墙包括边缘部分和位于所述边缘部分之间的中间部分，其中：
所述自加固式砌筑块和所述未加固的砌筑块以叠置配置设置，在所述叠置配置中，竖向相邻的砌筑块的单元彼此对准以限定竖向延伸的管状腔；
其中：
所述中间部分包括所述未加固的砌筑块；
所述边缘部分的至少基部区域由所述自加固式砌筑块构成；
以及
所述边缘部分中最外面的竖向延伸的管状腔中的全部被水泥浆填充，并且具有竖向延伸穿过管状腔并被嵌入水泥浆中的弹性加固构件。
16.如权利要求15所述的墙，其中，所述中间部分中的竖向延伸的管状腔中的至少一些被水泥浆填充，并且具有竖向延伸穿过管状腔并被嵌入水泥浆中的弹性加固构件。
17.如权利要求15或16所述的墙，其中，每个限制加固件相对于相应的单元向外间隔开。
18.如权利要求17所述的墙，其中，所述至少一个限制加固件为多孔的。
19.如权利要求15、16、17或18所述的墙，其中，所述自加固式砌筑块和所述未加固的砌筑块为混凝土砌块。
20.如权利要求15、16、17、18或19所述的墙，还包括设置在竖向相邻的砌筑块的叠置表面之间的灰浆。
21.如权利要求15、16、17、18、19或20所述的墙，其中，所述边缘部分包括所述墙的相反的竖向延伸的端部。
22.如权利要求21所述的墙，其中，所述边缘部分还包括所述墙的与所述墙中的开口相邻的竖向延伸部分。
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