Чем в первую очередь обусловлена работа кирпича на растяжение при осевом сжатии кладки

Обновлено: 19.05.2024

N и M - продольная сила и момент от нормативных нагрузок, которые будут приложены после нанесения на поверхность кладки штукатурных или плиточных покрытий;

(h - y) - расстояние от центра тяжести сечения кладки до наиболее удаленной растянутой грани покрытия;

9 Проектирование конструкций

Общие указания

9.1 Силикатный кирпич и камни, пустотелый керамический кирпич и камни, блоки из ячеистых бетонов, бетонные блоки с пустотами, керамический кирпич полусухого прессования применяются для наружных стен помещений с влажным режимом при условии нанесения на их внутренние поверхности пароизоляционного покрытия. Применение указанных материалов для стен помещений с мокрым режимом, а также для наружных стен подвалов, цоколей, фундаментов не допускается.

9.1.1 Полнотелые силикатные блоки для возведения фундаментов и стен подвалов применяются при соблюдении требований, изложенных в 9.65. Силикатный кирпич, перегородочные блоки и плиты в санузлах, душевых, ванных применяются при условии вертикальной гидроизоляции или облицовки плиткой внутренней поверхности.

9.1.2 Трехслойная кладка с эффективным утеплителем для наружных стен помещений с влажным режимом эксплуатации применяется при условии нанесения на их внутренние поверхности пароизоляционного покрытия. Применение такой кладки для наружных стен помещений с мокрым режимом эксплуатации, а также для наружных стен подвалов не допускается.

9.1.3 При проверке прочности и устойчивости стен, столбов, карнизов и других элементов в период возведения зданий следует учитывать, что элементы перекрытий (балки, плиты и пр.) укладываются по ходу кладки. Возможно опирание элементов на свежую кладку.

9.2 Крупноразмерные элементы конструкций (панели, крупные блоки и т.п.) должны быть проверены расчетом для стадий их изготовления, транспортирования и монтажа. Собственный вес элементов сборных конструкций следует принимать в расчете с учетом коэффициента динамичности, величина которого принимается равной: при транспортировании - 1,8; при подъеме и монтаже - 1,5; при этом коэффициент перегрузки к собственному весу элемента не вводится. Допускается уменьшение указанных выше коэффициентов динамичности, если это подтверждено длительным опытом применения таких элементов, но не ниже 1,25.

9.3 Для сплошной кладки из кирпича и камней правильной формы, за исключением кирпичных панелей, необходимо предусматривать следующие минимальные требования к перевязке:

а) для кладки из полнотелого кирпича толщиной 65 мм - один тычковый ряд на шесть рядов кладки, а из кирпича толщиной 88 мм и пустотелого кирпича толщиной 65 мм - один тычковый ряд на четыре ряда кладки;

б) для кладки из камней правильной формы при высоте ряда до 200 мм - один тычковый ряд на три ряда кладки;

в) для кладки из крупноформатных камней шириной до 260 мм, толщиной до 250 мм и длиной до 510 мм на толщину стены перевязку следует осуществлять в полкамня в каждом ряду.

9.4 Необходимо предусматривать защиту стен и столбов от увлажнения со стороны фундаментов, а также со стороны примыкающих тротуаров и отмосток устройством гидроизоляционного слоя выше уровня тротуара или верха отмостки. Гидроизоляционный слой следует устраивать также ниже пола подвала.

Для подоконников, поясков, парапетов и тому подобных выступающих, особо подверженных увлажнению частей стен следует предусматривать защитные покрытия из цементного раствора, кровельной стали и др. Выступающие части стен должны иметь уклоны, обеспечивающие сток атмосферной влаги.

9.5 Неармированные кладки из каменных материалов в зависимости от вида кладки, а также прочности камней и растворов подразделяются на четыре группы (таблица 27).

Расчеты каменной кладки имеют большое значение при проектировании и строительстве гаражей, ведь подавляющее большинство стеновых конструкций для гаражного строительства — это кладка из блоков или кирпича.

Предварим расчеты несколькими замечаниями:

1) Будем рассматривать элементы прямоугольного сечения (стены, столбы) толщиной не менее 380 мм (полтора кирпича). Кладку будем выполнять из полнотелого керамического кирпича на цементном растворе.

При расчете элементов иного сечения (например, круглого, таврового) вид расчетных зависимостей не меняется, однако чуть усложняется вычисление геометрических характеристик сечений.

Для кладки, выполненной из иных материалов (например, пустотелого кирпича, керамических блоков и т.п.) в расчетные зависимости и расчетные сопротивления вводятся коэффициенты, уточняющие ее поведение.

2) В сечении элемента выделяют высоту (h) и ширину (b). За высоту принимают сторону сечения, расположенную параллельно плоскости действия изгибающего момента; соответственно, перпендикулярная ей сторона принимается за ширину. При центральном сжатии за высоту сечения принимают: любую из сторон – при квадратном сечении, меньшую из сторон – при прямоугольном сечении.

Работа элементов каменных конструкций при центральном сжатии встречается относительно редко. К подобным случаям можно отнести внутренние стены и столбы, при условии, что эксцентриситет приложения равнодействующей нагрузок, приходящих на данные элементы, равен нулю (то есть равнодействующая нагрузок проходит через центр тяжести сечения). Однако и при несоблюдении данного условия многие конструкции можно условно рассматривать как центрально-сжатые (например, тяжело нагруженные стены и столбы нижних этажей; элементы, на которые нагрузка приходит через центрирующие прокладки и т.п.).

Во всех подобных случаях можно считать, что сжимающие напряжения распределены неравномерно только в сечениях, непосредственно примыкающих к площадке передачи давления; ниже распределение приобретает равномерный характер, что и принимается в расчетах.

Расчет по несущей способности элементов, работающих на центральное сжатие, производят из условия равновесия внешних и внутренних сил, действующих в наиболее опасном (расчетном) сечении элемента (bxh):

N ≤ Nu
где N –
продольная сила, действующая в расчетном сечении элемента, кН;
Nu –
минимальная несущая способность расчетного сечения элемента, кН.

Минимальная несущая способность элемента при центральном сжатии

Далее подробнее рассмотрим соотношение

Как известно из курса «Сопротивление материалов» гибкость элемента определяется как отношение расчетной длины элемента к радиусу инерции его поперечного сечения:

Далее, по соответствующим таблицам от гибкости переходят к коэффициенту продольного изгиба, всесторонне оценивающиму эффекты, вызванные потерей устойчивости элемента.
Перепишем выражение для гибкости следующим образом:

Рационально при определении гибкости элемента прямоугольного сечения вычислять не гибкость

При этом таблицы, связывающие гибкость с коэффициентом продольного изгиба дополнить соотношением, что и сделано в Таблице 19 [1].

Стоит отметить, что в большинстве расчетов расчетная схема элементов может быть приведена к элементу, имеющему шарнирное опирание на неподвижные опоры, для которого

Работа элементов каменных конструкций при внецентренном сжатии встречается наиболее часто. К подобным случаям можно отнести наружные столбы и стены (в том числе простенки), а также внутренние столбы и стены, при условии, что эксцентриситет приложения равнодействующей нагрузок, приходящих на данные элементы, отличен от нуля. Внецентренное сжатие может быть вызвано совместным действием вертикальной и горизонтальной нагрузками (например, боковым давлением грунта на стену подвала или действием ветрового давления на вышележащие стены).

Как показывают опыты, внецентренно-сжатые каменные элементы разрушаются при значительно больших нагрузках, чем это получается при расчете их по формулам сопротивления материалов (в среднем в 1,5-2 раза). Данное обстоятельство объясняется тем, что кладка является упругопластическим материалом, в котором напряжения по сечению распределяются не по линейному закону, как у упругих материалов

Виды эпюр напряжений при внецентренном сжатии кладки:
а – все сечение сжато; б – в сечении появились растягивающие напряжения; в – в сечении появилась трещина; 1 – центр тяжести сечения; 2 – трещина; t – глубина трещины

Распределение напряжений зависит от величины эксцентриситета e0: при небольших эксцентриситетах поперечное сечение элемента полностью сжато, но неравномерно; с увеличением эксцентриситета в сечении появляются не только сжимающие, но и растягивающие напряжения.

Расчетная схема для внецентренно сжатого элемента по несущей способности: 1 – центр тяжести всего сечения; 2 – центр тяжести сжатой зоны сечения

При расчете внецентренно сжатых элементов пользуются следующими допущениями:

растянутая зона элемента полностью исключается из работы;
напряжения в сжатой зоне кладки принимаются равномерно распределенными (прямоугольная эпюра сжимающих напряжений взамен криволинейной);
неравномерность распределения напряжений по сечению учитывается коэффициентом, который зависит от эксцентриситета e0:

тем самым учитывая, что при внецентренном сжатии менее загруженная часть кладки сдерживает поперечные деформации более загруженной, что несколько повышает ее несущую способность.

Геометрические параметры сечения сжатой части определяют из условия, что ее центр тяжести совпадает с точкой приложения продольной силы (условие равновесия). Тогда, чисто геометрически:

Расчет по несущей способности элементов, работающих на внецентренное сжатие, производят из условия равновесия внешних и внутренних сил, действующих в наиболее опасном (расчетном) сечении элемента (bxh):

N ≤ Nu
где N –
продольная сила, действующая в расчетном сечении элемента с эксцентриситетом e0, кН;
Nu –
минимальная несущая способность расчетного сечения элемента, кН.
Минимальная несущая способность элемента при внецентренном сжатии

Особенности работы и расчет кладки при местном сжатии

Под местным сжатием понимается работа кладки, когда нагрузка передается не по всему поперечному сечению равномерно, а через некоторую его часть Aс, называемую площадью смятия.

Наиболее часто необходимость в расчете на местное сжатие встречается при передаче нагрузок на каменные элементы от перекрытий/покрытий, конструкций лестниц и т.п. через балки, прогоны или фермы. В этом случае отношение грузовой площади, с которой собирается нагрузка, к площади смятия существенна, и, соответственно, существенна интенсивность напряжений сжатия под площадкой смятия.

Также необходимость в расчете на местное сжатие возникает для кладки под плитами перекрытий/покрытий, перемычками, а также в ряде других случаев, например, при опирании на кладку конструкций, выполненных из более прочных материалов.

Прочность кладки непосредственно под площадкой смятия оказывается выше прочности, если бы нагрузка передавалась через всю площадь равномерно. Объясняется это явление сдерживанием поперечных деформаций, создаваемой кладкой, расположенной вокруг площадки смятия. То есть создается так называемый эффект обоймы и кладка под площадкой смятия, работая в продольном направлении на сжатие, в поперечном направлении также испытывает сжимающие усилия. Причем прочность тем выше, чем меньше отношение площади смятия к площади всего сечения (больший эффект обоймы).

Таким образом, в работу на местное сжатие включается кладка,
расположенная под так называемой расчетной площадью A.

Расчетное сопротивление кладки при местном сжатии

Естественным образом прочность кладки под площадкой смятия
должна зависеть от прочности кладки без учета эффекта обоймы, а также от местоположения нагрузки, что определяет расчетную площадь (например, при приложении нагрузки на край стены, уже нельзя ожидать всестороннего эффекта обоймы).

Расчетное сопротивление кладки при местном сжатии Rс определяется по формуле Баушингера, которая учитывает вышеотмеченное:

Расчет кладки на местное сжатие

Расчет кладки на местное сжатие производят из условия равновесия
внешних и внутренних сил.

Расчет кладки на изгиб, растяжение и срез, а также расчет по образованию и раскрытию трещин

Расчет кладки на изгиб, растяжение и срез производят по элементарным формулам сопротивления материалов. Что же касается сложности поведения кладки при ее работе, неодинаковость сопротивлений отмеченным воздействиям, разность сопротивления определенному воздействию по перевязанному и неперевязанному шву, то все это учтено в расчетных сопротивлениях, которые получены из испытаний кладки.

Расчет кладки на изгиб

На изгиб работает, кладка, которая опирается на конструкции, имеющие конечную жесткость (например, рандбалки, перемычки). Расчет изгибаемых элементов следует производить по формуле

Стоит отметить, что проектирование элементов каменных конструкций, работающих на изгиб по неперевязанному сечению, не допускается.

Расчет кладки на осевое растяжение

На осевое растяжение работают стенки круглых в плане резервуаров, силосов и других емкостей. Расчет элементов каменных конструкций на прочность при осевом растяжении следует производить по формуле

Стоит отметить, что проектирование элементов каменных конструкций, работающих на осевое растяжение по неперевязанному сечению, не допускается.

Расчет кладки на срез

Срез возникает в сечениях элементов, воспринимающих распор сводчатых конструкций, а также на границе стен (пилястр со стеной) при их разной нагруженности. Расчет кладки на срез по горизонтальным неперевязанным швам и перевязанным швам кладки следует производить по формуле Кулона:

Расчет кладки на срез по перевязанному сечению (по кирпичу или камню) следует производить без учета обжатия (2-е слагаемое формулы).

Расчет по образованию и раскрытию трещин

В ряде случаев, при проектировании каменных конструкций выполняют расчет по образованию и раскрытию трещин (швов кладки).

1 – центр тяжести сечения; 2 – трещина; t – глубина трещины

Наиболее часто этот расчет выполняется для внецентренно сжатых элементов при существенном эксцентриситете: е0 > 0,7у, где y – половина высоты сечения.

При расчете принимается линейная эпюра напряжений внецентренного сжатия как для упругого тела. Расчет производится по условному краевому напряжению растяжения, которое характеризует величину раскрытия трещин в растянутой зоне. Краевое напряжение вычисляют по известной формуле сопротивления материалов:

После преобразования данной формулы получим:

Остальные обозначения величин те же, что и при расчете на внецентренное сжатие.

3.8. Предел прочности всех видов кладок при кратковременном загружении определяется по формуле профессора Л.И. Онищика:

, (1)

где - предел прочности кладки при сжатии;

- предел прочности камня при сжатии;

- предел прочности раствора (кубиковая прочность).

Коэффициент А характеризует максимально возможную, так называемую "конструктивную", прочность кладки. Действительно, из формулы (1) следует, что при .

, (2)

где выражен в .

Примечание. При определении прочности кладки из сплошных легкобетонных крупных блоков принимается коэффициент А = 0,8, а из крупных блоков тяжелого бетона А = 0,9.

Если прочность кирпича при изгибе меньше предусмотренной ГОСТ 530-80, то конструктивный коэффициент А для кладки определяется по формуле

, (3)

где - прочность кирпича при изгибе.

Коэффициент применяют при определении прочности кладки на растворах низких марок (25 и ниже). Эти коэффициенты принимают равными при:

;


210 × 60 пикс. Открыть в новом окне

. (4)

Для кладки из кирпича и камней правильной формы ; ; для бутовой кладки ; .

Формула (1) установлена для случаев, когда качество кладки соответствует уровню массового строительства, а применяемые растворы достаточно подвижны и удобоукладываемы. Если эти условия не соблюдаются, то влияние ряда факторов учитывается применением дополнительных коэффициентов к значениям , вычисленным по формуле (1). В случае, например, применения жестких, неудобных для кладки цементных растворов (без добавки глины или извести), растворов на шлаковом или другом легком песке, а также сильно сжимаемых (в возрасте до 3 мес) известковых растворов пределы прочности кладки понижаются на 15% по сравнению с вычисленными по формуле (1). В среднем на 15% понижается предел прочности кладки из пустотелых крупных бетонных блоков по сравнению с пределом прочности кладки из сплошных крупных блоков той же марки. Предел прочности кладки из постелистого бута на 50% выше кладки из рваного бута.

3.9. Предел прочности вибрированной кирпичной кладки, в которой обеспечено плотное и равномерное заполнение швов раствором, значительно (в 1,5-2 раза) выше обычной кладки.

3.10. Предел прочности кладки и бетона зависит также от длительности загружения. Пределом длительного сопротивления кладки или бетона является максимальное напряжение, которое может выдержать кладка или бетон неограниченное время без разрушения. Величина для тяжелых бетонов равна , а для ячеистых бетонов неавтоклавного твердения . Для кирпичной кладки на прочных растворах марок 50 и выше ориентировочно , марок и для кладок на известковом растворе .

Следует однако учитывать, что после длительного периода твердения раствора под нагрузкой (более года) вследствие его пластических деформаций происходит выравнивание поверхности раствора в швах кладки, что уменьшает местные концентрации напряжений и позволяет повысить расчетное сопротивление кладки на 15%, см. п. [3.11г].

3.11. Принятое в стандарте СЭВ 384-76 понятие нормативного сопротивления материалов, связанное с контрольной или браковочной их характеристикой, устанавливаемой государственными стандартами на материалы, не применяется к кладке, так как она является композитным материалом и ее прочность не установлена стандартами.

При установлении расчетных сопротивлений для каменных конструкций принята следующая система коэффициентов. Коэффициент изменчивости прочности кирпичной кладки на основании статистических данных принят равным С = 0,15, а условное нормативное сопротивление , при этом обеспеченность величины С равна 0,98. Вероятное понижение прочности кладки по сравнению с уровнем, принятым в нормах, учитывается делением на коэффициент 1,2, а другие второстепенные факторы, не учитываемые расчетом, и дефекты (ослабление кладки пустошовкой, гнездами, небольшие отклонения столбов и стен от вертикали и т. п.) - на коэффициент 1,15. Таким образом, дополнительный коэффициент надежности для кирпичной кладки принят равным 1,2 х 1,15 = 1,4 и расчетное сопротивление .

Расчетные сопротивления кладки сжатию из всех видов каменных и бетонных изделий приведены в табл. 6, пп. [3.1-3.14]. Средние ожидаемые пределы прочности кладки могут быть определены, в случае необходимости, умножением расчетных сопротивлений на коэффициенты безопасности, приведенные в п. [3.20].

3.12. Расчетные сопротивления кладки при сжатии из керамических камней с горизонтальным расположением пустот (см. ГОСТ 530-80, черт. 15-18) следует назначать по п. [3.1] табл. [2] с применением следующих понижающих коэффициентов: D - учитывающего особенности работы кладки (хрупкость разрушения и др.) и - переходный коэффициент от расчетного сопротивления к пределу прочности кладки:

D = 0,6; = 3,3;

D = 0,8; = 2,5.

3.13. Расчетное сопротивление кладки из кирпича и пустотелых керамических камней при расчете каменных конструкций на выносливость, а также по образованию трещин при многократно повторяющихся нагрузках определяется путем умножения соответствующих расчетных сопротивлений кладки, принятых по табл. [2, 10 и 11], на коэффициент D. В табл. 3 приведены коэффициенты D для определения расчетных сопротивлений кладки из кирпича и пустотелых керамических камней при расчете на выносливость и по образованию трещин при многократно повторяющихся нагрузках в зависимости от коэффициента асимметрии :

, (5)

где и - соответственно наименьшее и наибольшее значения напряжений в кладке, возникающих от нормативных статических и повторяющихся нагрузок.

Прочность каменных кладок при работе их на растяжение, срез и изгиб зависит, главным образом, от величины сцепления между раствором и камнем.

Различают два вида сцепления:

нормальное - S (рис. 6,а) и касательное - Т (рис. 6,б).

Эксперименты показали, что касательное сцепление в два раза больше нормального, то есть Т= 2 S

Рис.6. Виды сцепления: а – нормальное; б - касательное

Величина сцепления возрастает:

- с увеличением марки раствора;

- при более шероховатой поверхности камня;

-при более чистой поверхности камня;

- при увлажнении камня.

Сцепление нарастает во времени и достигает 100% через 28 суток.

В вертикальных швах кладки вследствие усадки раствора при твердении сцепление его с камнем значительно ослабляется или совсем нарушается с одной из прилегающих боковых поверхностей камня. Поэтому в расчетах сцепление в вертикальных швах не учитывается, а учитывается сцепление только в горизонтальных швах кладки.

В соответствии с касательным и нормальным сцеплением различают два вида растяжения кладки: растяжение по перевязанному и неперевязанному швам.

Растяжение кладки по неперевязанному шву (рис. 7, а) в чистом виде практически не встречается, а главным образом имеет место при работе кладки на внецентренное сжатие при больших эксцентриситетах, когда происходит растяжение кладки с одной стороны, как показано на рис. 7, б.

Рис.7. Растяжение кладки: а – по неперевязочному шву; б – с одной стороны

Растяжение кладки по перевязанному шву (рис. 8) встречается в конструкциях резервуаров. В этом случае разрыву сопротивляются только участки горизонтальных швов (вертикальные швы не учитываются), в которых действует касательное сцепление. Разрушение кладки может происходить по штрабе при слабых растворах и прочных камнях, либо по камням и частично по штрабе при прочных растворах и малой прочности камня.

Рис. 8. Растяжение кладки по перевязочному шву

Прочность кладки при срезе

Срез кладки так же, как и растяжение, может быть по перевязанному и неперевязанному швам.

При действии усилий вдоль горизонтальных швов (рис. 9, а)

Рис.9. Срез кладки по перевязанному и неперевязанному швам

Имеет место срез по неперевязанному шву, который встречается в подпорных стенах (рис. 9, б) или в пятовых сечениях арок (рис. 9, в). В этом случае сопротивление оказывает касательное сцепление раствора с камнем, а при сжимающих нормальных напряжениях в кладке сопротивление срезу увеличивается благодаря возникновению сопротивления от трения.

При действии усилий перпендикулярно горизонтальным швам (рис.10, а) имеет место срез по перевязанному шву, который встречается в консольных выступах (рис. 10, б). В этом случае учитывается сопротивление только камня срезу без учета вертикальных швов.

Рис.10. Действия усилий: а – перпендикулярно горизонтальным швам;

б – консольные выступы

Прочность кладки при изгибе

Изгиб в каменной кладке вызывает растяжение, которым и определяется прочность кладки по растянутой зоне. Однако если определить разрушающий момент как для упругого материала, приняв в растянутой зоне расчетное сопротивление (как для центрального растяжения), то разрушающий момент оказывается примерно в 1,5 раза меньше, чем при натурных испытаниях. Это объясняется тем, что момент внутренних усилий теоретически определялся, исходя из треугольной эпюры распределения нормальных напряжений, как для упругого тела (рис.11, а):

Рис.11. Эпюры распределения нормальных напряжений: а – для упругого тела; б – криволинейная

На самом же деле благодаря тому, что в кладке кроме упругих имеют место и пластические деформации, эпюра нормальных напряжений криволинейная (Рис. 11, б) и если ее принять прямоугольной (что очень близко к фактической эпюре), то получим:

то есть в 1,5 раза больше, чем при упругой работе. В практических расчетах пользуются формулами сопротивления материалов и момент сопротивления W определяют, как для упругого материала. Расчетное сопротивление кладки растяжению при изгибе по перевязанному сечению принимают примерно в 1,5 раза больше, чем расчетное сопротивление кладки при центральном растяжении .

На рис. 12 показана часть здания, левый угол которого получил осадку, что привело к образованию наклонных трещин в подоконных поясах.

Эти трещины являются следствием возникновения главных растягивающих напряжений при изгибе.

Рис.12. Образование трещин в стене при осадке здания

Деформативность кладки

В каменной кладке различают следующие деформации:

- объемные, возникающие во всех направлениях, вследствие усадки раствора и камня или от изменения температуры;

- силовые, развивающиеся, главным образом, вдоль направления действия силы.

Усадочные деформации кладки st зависят от материала кладки. Например, для кладки из обожженного глиняного кирпича усадку можно не учитывать ввиду ее малости, а для кладок из силикатного кирпича и бетонных камней st = 3•10-4.

Температурные деформации кладки также зависят от материала кладки и коэффициента линейного расширения кладки t. Например, для глиняного кирпича и керамических камней t = 0,5•10-5, а для силикатного кирпича и бетонных камней t = 1•10-5.

При действии нагрузки (силовые деформации) каменная кладка представляет собой упругопластический материал, и поэтому при действии нагрузки зависимость между напряжениями и деформациями не подчиняется закону Гука. Начиная с небольших напряжений в кладке, кроме упругих, развиваются и пластические деформации. Поэтому силовые деформации будут зависеть от характера приложения нагрузки и могут быть трех видов:

1) деформации при однократном нагружении кратковременной нагрузкой;

2) деформации при длительном действии нагрузки;

3) деформации при многократно повторных нагрузках.

Если каменную кладку нагружать очень быстро и довести до разрушения за несколько секунд, то в кладке возникнут только упругие деформации, и кладка будет работать как упругий материал, а зависимость между напряжениями и деформациями будет линейной.

Если каменную кладку в лабораторных условиях загружать в течение 1 часа постепенно до разрушения, то зависимость между напряжениями и деформациями получается нелинейной; для данного случая кривая зависимости показана на рис. 13.

Таким образом, полные деформации будут слагаться из упругих и неупругих. В этом случае модуль деформации кладки Е будет величиной переменной:

С возрастанием напряжения угол уменьшается последовательно, уменьшается и модуль деформаций.

Наибольшее значение модуль деформаций будет иметь при , то есть -это начальный или мгновенный модуль упругости, величина которого для данного вида кладки является постоянной.

Рис.13. Кривая зависимости

Экспериментально установлено, что начальный модуль деформации Е₀ модуль упругости кладки пропорционален временному сопротивлению сжатия кладки – R_u:

; .

Здесь - упругая характеристика кладки, зависящая от вида кладки и прочности раствора; R - расчетное сопротивление сжатию кладки; - коэффициент, принимаемый равным 2, для кладки из кирпича, камней, блоков.

В практических расчетах модуль деформаций кладки принимается Е=0,5Е₀ или Е = 0,6Е₀ в зависимости от характера расчета.

При действии длительных нагрузок в кладке развиваются деформации ползучести, поэтому в практических расчетах модуль упругости Е₀ уменьшается путем деления его на коэффициент ползучести, величина которого принимается от 1,8 до 4,0 в зависимости от вида кладки.

При многократно повторных нагрузках после некоторого числа циклов «нагрузка-разгрузка» пластические деформации выбираются, и материал начинает работать упруго с модулем упругости Е0, но только если напряжения не превосходят напряжений, при которых появляются трещины в кладке : .

Если же , то после некоторого количества циклов «нагрузка-разгрузка» деформации начинают неограниченно расти, и кладка разрушается.

Список литературы

1. СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003/Минстрой России. – М., 2013. – 147с.

2. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1991. – 767с.

3. Еременок П.Л., Еременок И.П. - Каменные и армокаменные конструкции. – Киев: Вища школа, 1981.

При работе кладки на растяжение потеря несущей способности вызвана нарушением сцепления между р-ром и кирпичом.Величина сцепления зависит от прочности и усадки кладочного р-ра. Сцепление тем больше, чем больше прочность р-ра и чем меньше его усадка.Усадка увеличивается с увеличением количества вяжущего, поэтому очень прочные р-ры имеют небольшое сцепление с камнем.

Сцепление также зависит от скорости поглощения воды камнем. При быстром поглощении сцепление нарушается, поэтому перед укладкой кирпич смачивается, либо применяются жидкие р-ры.

Различают нормальное и тангенсальное сцепление. Нормальное сцеплениеS – это сопротивление шва разрыву.

Тангенсальное (касательное) Т – это сопротивление шва сдвигу.

Поскольку каменная кладка – это композитный материал, обладающий неоднородными св-вами, поэтому сопротивление кладки изгибу, растяжению и срезу будет зависеть от взаимного расположения действующих усилий и линий швов, т.е. рассматривают работу кладки по неперевязанному сечению.Работа кладки на растяжение.

Растяжение по перевязанному сечению

При работе кладки на растяжение по неперевязанному сечению разрушения происходят по ступенчатому сечению, поэтому на несущую способность влияет как нормальное так и тенгенсальное сцепление.

Растяжение по неперевязанному сечению

При работе кладки на растяжение по неперевязанному сечению несущую способность будет определять нормальное сцепление. Работа кладки на растяжение по неперевязанному сечению не допускается.

Работа кладки при изгибе

по неперевязанному сечению

по перевязанному сечению

Прочность кладки при изгибе по перевязанному сечению больше прочности кладки по неперевязанному сечению.

Сопротивление кладки при изгибе в среднем в 1,5 раза больше, чем сопротивление кладки срезу по неперевязанному сечению, равного тангенсальному сцеплению.

46. Деформации кладки при сжатии. Основные положения расчета каменных конструкций. Продольный изгиб каменной кладки.Кладка не является упругим материалом, поэтому ее общие относительные деформации будут определяться: , – это упругая часть относ. деформаций. – пластическая часть относ.деформаций.Части относ.деформаций могут соотноситься в равных долях или упругая часть может быть больше пластических. Диаграмма напряжения деформации каменной кладки при сжатии.

Упругая деформация исчезает после снятия нагрузки, а пластическая сохраняется.Пласт.деформации обусловлены уменьшением объема растворного шва (сокращение объема пор и сжатия твердого геля), а также наличием трещин.Пласт. деформации с ростом нагрузки увеличиваются и кривая зависимости приобретает криволинейный вид.Начальный модуль упругости кладки Е₀ – это модуль, соответствующий упругой работе конструкции, и это есть tg угла наклона упругой линии к горизонту. .начальный модуль упругости определяется как: ,Где – это упругая характеристика каменной конструкции, зависящая от вида камня, марки р-ра и временного сопротивления сжатию кладки R_u, ,Где k – коэф, зависящий от вида камня,R – это расчетное сопротивление кладки.При увеличении напряжений модуль упругости начинает снижаться и носит название модуля деформации – Е.Модуль деформации при напряжении – это tg угла наклона секущей, проходящей через точку пересечения линии соответствия напряжению с кривой и через начало координат к линии горизонта.

С увелич.напряжения упругие характеристики будут снижаться, т.е. значение Е будет уменьшаться.Основные положения расчета каменной кладки.Каменные конструкции рассчитывают по двум группам предельных состояний: 1 группа – расчет на прочность и устойчивость, выполняемый на действие расчетных нагрузок.2 группа – расчет на трещиностойкость и деформативность, выполняемый на действие нормативных нагрузок.Прочность и устойчивость каменных конструкций должна выполняться на периоды эксплуатации, возведения конструкций, в стадии оттаивания зимней кладки.Прочность кладки характеризуется расчетным сопротивлением R, которое зависит от марки камня, вида камня и марки р-ра.Расчетное сопротивление принимается в расчетах с учетом коэф-та условия работы .Кирпичная кладка относится к упругопластическому материалу.Модуль деформаций при расчете по 1-ой группе предельных состояний Е=0,5Е₀.При расчете по 2-ой группе предельных состояний Е=0,8Е₀; модуль сдвига G=0,4Е₀.По степени пространственной жесткости здания различают:1.С жесткой конструктивной схемой.Это жилые или общественные здания. Их покрытия и перекрытия считаются жесткими. Стена или столб такого здания представляет собой вертикальную неразрезную балку, с неподвижными шарнирными опорами, которыми являются перекрытия и покрытия.

Допускается с целью упрощения расчета стены и столбы считать расчлененными по высоте на отдельные стержни с расположением опор в уровне перекрытий и покрытий.Расчетным элементом стены с пролетами является простенок – самый нагруженный и самый узкий, а без пролетов часть стены шириной 1 м.Поскольку самыми нагруженными каменными конструкциями являются стены и столбы нижних этажей, то в целях повышения их нес.способности повышают марку материалов, увеличивают размеры сечения или вводят армирование на данном участке.2.С упругой конструктивной схемой.Конструкции этих зданий рассчитывают как раму, стойками которой являются стены и столбы, жестко защемленные в фундаменте и шарнирно сочлененные с покрытием и перекрытием.

Продольный изгиб каменной кладки. Влияние продольного изгиба учитывается введением коэффициента продольного изгиба , зависящего от упругой х-ки и гибкости λ,; ,l₀ – это расчетная длина,i – радиус инерции сечения.Прогиб в сжатых элементах увеличивается во времени в результате ползучести мат-ла, что приводит к снижению несущей способности конструкции. Это явление учитывается введением коэф-та m_g,Расчетная схема простенка

Если , то продольного изгиба нет.Расчетные сечения простенка:

I-I – характерен наличием местной сжимающей нагрузки,II-II – характерен уменьшением сечения,III-III – характерно увеличением нагрузки от собственного веса и увеличением сечения,IV-IV – характерно max величиной сжимающей силы.Расчетная схема столба

48. Расчет кладки на центральное сжатие, местное сжатие (смятие) и внецентренное сжатие.Центр.сжатие встречается редко и возможно, если эксцентриситет сжимающей силы мал и им можно пренебречь, т.е.

На центр.сжатие работают тяжело нагруженные столбы, к кот.нагрузка прикладывается через центрирующие прокладки (ж.б. или бетонные подушки).Расчет на центр. сжатие выполняется из условия прочности по ф-ле:

Местное сжатие (смятие) наблюдается при действии сжимающей нагрузки на ограниченной S. В этом случае в работу вовлекаются смежные участки каменной конструкции, которые будут сдерживать поперечные деформации, увеличивая сопротивление кладки, т.е. возникает эффект обоймы.Расчет на смятие производится из условия прочности по ф-ле:

– это коэффициент полноты эпюры давления местной нагрузки.

–это расчетное сопротивление кладки при местном сжатии:

—коэффициент, зависящий от материала кладки и действ.нагрузок (схемы загружения и состава загружения),— площадь местного сжатия (загружения)

— это расчетная площадь рассматриваемого сечения, зависит от условий опирания выше расположенных конструкций и определяется по следующим правилам:1.Нагрузка действует на участок в пределах между краями ;

2.Нагрузка приложена на краевой участок стены

3.Нагрузка передается от ряда балок:А) если

Б)

При опирании изгибаемых элементов на грань стены может происходить поворот опорного сечения, что в свою очередь приведет к уменьшению площади опирания, поэтому расчетная величина заделки изгибаемого элемента в стену не должна превышать 200мм.

Нагрузка N – это местная нагрузка, N₀ – основная нагрузка.

Если величина местной нагрузки N больше 100кН, то укладывают опорные распределительные плиты, подушки или выполняют пояс, который располагается в уровне опирания изгибаемого элемента.При одновременном действии местной и основной нагрузок следует выполнять 2 расчета:

1.На действие только местной нагрузки 2.На совместное действие местной и основной нагрузок.Внецентренное сжатие.(работают стены, столбы, стены подвала и карнизные участки стены).При внецентр.сж.на элемент одновременно действуют: сжимающая сила N и изгибающий момент M=N*e_0.Если к элементу приложено несколько сил и моментов, то выполняется замена на их равнодействующие.

Эксцентриситет е₀ от действия продольной силы N принимается относительно центра тяж.сеч.элемента до края элемента. Нес.способность внецентр.сж.элемента проверяется по ф-ле:

—это коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии: Где —коэффициент продольного изгиба при центральном сжатии; – коэффициент продольного изгиба сжатой части элемента, зависящий от

—это экспериментальный коэффициент, учитывающий увеличение расчетного сопротивления R при приведении действительной эпюры сжимающих напряжений к условной, симметричной относительно действия силы.

Читайте также: