Напряженно деформированное состояние кирпичной кладки

Обновлено: 27.04.2024

Расчет прочности каменной кладки зданий и сооружений. Физико-математические модели для исследования напряженно-деформированного состояния кирпича и раствора нагруженной каменной кладки. Интегральные характеристики кладки, учитываемые в расчетах.

Рубрика	Строительство и архитектура
Вид	статья
Язык	русский
Дата добавления	29.10.2018
Размер файла	282,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

физико-математическое моделирование напряженно-деформированного состояния каменной кладки зданий и сооружений

В.В. Пангаев, А.В. Федоров

Сведения об авторах

Пангаев Валерий Владимирович, д-р техн. наук, профессор кафедры железобетонных конструкций Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрина), сокращенно НГАСУ (Сибстрин)

Адрес: 630008 Новосибирск 8, ул. Ленинградская, 113

Федоров Александр Владимирович, д-р физико-математических наук, заведующий лабораторией, Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, 630090, г. Новосибирск, ул. Академика Ржанова, д.4/1

Тел. (383) 330 85 38

Факс (383) 330 72 68

кладка прочность модель деформированный

В.В. Пангаев, А.В. Федоров. Физико-математическое моделирование напряженно-деформированного состояния каменной кладки зданий и сооружений. Рассматриваются вопросы расчета прочности каменной кладки зданий и сооружений. Даны физико-математические модели для исследования напряженно-деформированного состояния кирпича и раствора нагруженной каменной кладки.

Ключевые слова: каменная кладка, моделирование, напряженно-деформированное состояние.

V.V. Pangaev, A.V. Fedorov. Physical-mathematical modeling of the stress-strain state of the masonry buildings. Problems of calculating the strength of masonry buildings and structures are considered. The physical and mathematical models to study the stress-strain state of a loaded brick and mortar masonry are given.

Keywords: masonry, modeling, stress-strain state.

Современное каменное здание существенно отличается от четырех-пяти этажных строений, во времена возведения которых формировались нормы проектирования каменных конструкций. Его стены состоят уже не из сотен тысяч, а из миллионов отдельных частиц-кирпичей с прослойками цементного раствора. И если раньше можно было надеяться на прочность соединения кирпича и раствора, прочность самой каменной кладки (далее кладки), при выполнении специальных конструктивных мероприятий и расчетных требований, то с ростом этажности зданий такие надежды становятся все более призрачными. Расчет современного каменного здания представляет собой сложный анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) практически всех его элементов. Упрощенно задачи такого расчета можно разделить на две составляющие. Первоначально («первоначальный» расчет) определяются усилия, напряжения и деформации в несущих и самонесущих стенах от действия сочетаний постоянных, временных и особых (в сейсмически активных районах) нагрузок. Далее, на основании результатов первоначального расчета, выполняется непосредственно расчет кладки с определением марок ее кирпича и раствора, а также ее армирования и конструкции. В обоих случаях применяются физико-математические модели (далее модели), построенные на основе использования компьютерных технологий. Особенности формирования расчетных моделей самих каменных зданий изложены в работе [1, с. 32-35].

Интегральные характеристики кладки, учитываемые в расчетах, не дают реального представления о взаимодействии материалов и влиянии конструкции (системы перевязки) кладки на ее прочность. Необходимо объективное знание о поведении кирпича и раствора в кладке конструкций, основанное на всестороннем анализе ее НДС.

Нами разработана методика расчета и анализа напряжений в кирпиче и растворе кладки каменных конструкций для направленного подбора прочности материалов и системы перевязки кладки при проектировании, а также для исследования состояния кладки в существующих зданиях, сооружениях. Предлагается дополнение применяемых в настоящее время расчетов проверкой прочности кирпича и раствора по условиям:

- для кирпича уэк ? Rbr,t , фmax ? Rbr,sh ;

- для раствора уэк ? Rsol,t , фmax ? Rsol,sh ,

где где уэк и фmax - эквивалентные напряжения объемного напряженного состояния кирпича и раствора; Rbr,t, Rbr,sh - расчетные сопротивления кирпича при растяжении и срезе; Rsol,t, Rsol,sh - расчетные сопротивления раствора при растяжении и срезе.

В процессе создания методики объем кладки условно разделялся на два направления: продольное (направление «ложковых» рядов кирпича) и поперечное (направление «тычковых» рядов кирпича). В целях стандартизации расчетов, а также для получения адекватных результатов, были определены фрагменты кладки полностью соответствующие по своему напряженно-деформированному состоянию кладке в целом, т. е. кладке любого другого размера. Эти фрагменты названы «типичными элементами» кладки.

Первоначально был выявлен типичный элемент НДС кирпича и раствора ложковых рядов. Методом конечных элементов (МКЭ) рассчитывались фрагменты кладки различных размеров. Ширина рассчитываемых фрагментов была принята равной толщине ложкового слоя кирпича. Установлено, что фрагмент длиной 510 мм из пяти ложковых рядов кирпича достаточен для получения достоверных данных о НДС кирпича и раствора ложковых рядов многорядных кладок любых размеров и перевязок. Этот фрагмент был принят в качестве типичного элемента кладки. Так же был выявлен и типичный элемент, используемый при исследовании кирпича тычковых рядов. Для каждого направления на основании анализа поведения типичных элементов кладки при нагружении были построены модели расчета НДС кладки, рис. 1, 2. Работоспособность моделей была проверена испытаниями фрагментов кладки, соответствующих ее типичным элементам, исследованием моделей из оптически активного оргстекла методом фотоупругости [2, с. 24-29], расчетами аварийных конструкций зданий.

В основу моделей положено взаимодействие при сжатии неоднородных по физическим свойствам материалов кладки (кирпича и раствора) и участков кладки (участков ложковых и тычковых рядов). Следует отметить возможность направленного изменения НДС кладки с помощью изменения марок ее материалов или количества ложковых рядов, расположенных между тычковыми рядами.

Принимаемые для расчета деформационные характеристики материалов кладки были получены при испытании материалов. В расчете учитывается изменение средних (секущих) модулей и коэффициентов Пуассона кирпича, раствора и самой кладки с ростом нагрузки при сжатии кладки. То есть в качестве характеристик жесткости КЭ назначаются средние модули и соответствующие им коэффициенты Пуассона.

Использование приведенных моделей в расчетах кладки дает информацию о НДС кирпича ложковых рядов, кирпича тычковых рядов, раствора горизонтальных швов кладки. На основе этой информации производится проверка прочности материалов кладки: кирпича ложковых рядов при растяжении и при срезе, кирпича тычковых рядов при растяжении и при срезе, раствора горизонтальных швов при растяжении и при срезе. То есть, производится всесторонний анализ НДС нагруженной кладки с учетом реальных физических характеристик ее материалов и ее конструкции.

В случае несоблюдения условий прочности для одного или нескольких элементов состав и конструкция кладки корректируется. Корректировка заключается в изменении марки (прочности) кирпича или марки (прочности) раствора, или в изменении системы перевязки кладки. В отдельных случаях приходится менять все указанные характеристики. Возможен расчет как центрально, так и внецентренно сжатых каменных конструкций.

Построенные модели могут быть использованы при расчете различных элементов зданий и сооружений. Например, нагруженных простенков, стен, ограниченных проемом с одной стороны, сплошных стен. Каждый вариант требует назначения своих граничных условий, учитывающих влияние окружающей кладки. Эти условия заключаются в объединении вертикальных или горизонтальных перемещений КЭ моделей, расположенных со стороны сплошных участков кладки.

Расчет каменных зданий и сооружений с применением моделей НДС кладки показал необходимость уточнения решений, полученных в результате использования интегрального параметра прочности кладки, расчетного сопротивления сжатию клади R. Можно утверждать, что для создания каменных зданий и сооружений достаточной прочности необходим всесторонний анализ НДС кладки, анализ прочности материалов, входящих в ее состав (кирпича и раствора), о также анализ ее конструкции.

Рис. 1. Модель расчета НДС кладки в направлении ложковых рядов кирпича из плиточных КЭ

Рис. 2. Модель расчета НДС кладки в направлении тычковых рядов кирпича из плиточных КЭ

Пример распределения главных напряжений ух (у1) в поперечном сечении многорядной кладки, Н/см2

1. Пангаев В.В. Об особенностях расчета усилий и напряжений в многоэтажных каменных зданиях /В. В. Пангаев, М.А. Чернинский// Проектирование и строительство в Сибири.- 2008.- № 3.- С.32-35.

2. Пангаев В.В. Модельные исследования напряженно-деформированного состояния каменной кладки при сжатии /В.В. Пангаев, Г.Н. Албаут, А.В. Федоров, М.В. Табанюхова// Изв. Вузов. Строительство. - 2003. - №2. - С. 24-29.

Подобные документы

Выбор транспортных средств, такелажных и монтажных приспособлений. Технология производства каменной кладки стен типового этажа здания. Определение фронта работ. Выбор метода организации каменной кладки. Расчет величины и количества участков на захватке.

курсовая работа [145,2 K], добавлен 11.09.2014

Назначение каменных работ и виды каменной кладки. Виды кирпичной кладки и системы ее перевязки. Контрольно-измерительные инструменты для определения правильности кладки. Основные причины несчастных случаев при производстве санитарно-технических работ.

отчет по практике [177,2 K], добавлен 31.03.2014

Общие сведения о каменной кладке. Организация рабочего места. Инструменты, инвентарь и приспособления каменщика. Характеристика материалов, последовательность кладки, приемы работ. Контроль качества кладки. Техника безопасности при каменных работах.

реферат [27,9 K], добавлен 22.07.2010

Описание принципов и правил реконструкции и реставрации существующих каменных зданий, для обеспечения их конструктивной надежности и долговечности. Традиционные методы восстановления и усиления отдельных конструктивных элементов зданий из каменной кладки.

реферат [1,7 M], добавлен 13.10.2011

Контролируемые параметры каменных конструкций. Прочностные характеристики кладки (камней и раствора). Методы определения прочности кирпича и раствора. Задание расчетных характеристик кладки. Оценка несущей способности каменных и армокаменных конструкций.

Прочность каменной кладки зависит от прочности камня и раствора, формы, размеров и наличия пустот в камне, качества кладки и ухода за ней, схемы перевязки камней, и некоторых других, менее важных факторов. В вертикальных швах нарушается сцепление раствора с камнем из-за усадки раствора при твердении, и потому эти швы почти не участвуют в работе при действии на кладку сжимающих усилий. При этом нагрузка на нижележащие слои кладки передается через горизонтальные швы неравномерно, так как плотность и жесткость раствора по длине шва неодинаковы, а опорные плоскости камней обычно неровны. Неравномерность передачи усилий сжатия проявляется в том, что они действуют более интенсивно в местах плотного соприкосновения раствора и камня, что вызывает в камнях действие напряжений сжатия, изгиба и среза; ввиду неравномерных поперечных деформаций в горизонтальных швах и камнях возникают касательные напряжения по плоскостям соприкосновения, приводящие к растяжению камней.

Нагрузка трещинообразования для кладок зависит от прочностных и деформативных свойств кирпича и раствора, а также типа кладки. Деформативные свойства раствора определяются видом раствора и его возрастом: наиболее деформативны известковые растворы, наименее — цементные, они жестче известковых растворов. Поэтому появление незначительных трещин в кладке на известковом растворе менее опасно, так как имеется запас прочности; в то же время такие же трещины в кладке на цементном растворе свидетельствуют о перегрузке и необходимости усиления кладки. Прочность кладки всегда меньше прочности камня. Поэтому предельной прочностью кладки на сжатие считается средняя величина, учитывающая прочность камня, раствора и вид кладки. Предел прочности кладки при сжатии можно определить по эмпирической формуле Л.И. Онищика (формула в настоящее время не используется в расчетах):

При силовых воздействиях на кладку составляющие ее материалы (кирпич или другой камень, раствор), работают совместно. При центральном сжатии кладки наряду с деформациями сжатия по направлению действия силы всегда действуют деформации поперечного расширения (рис. 3.7). Камень как более жесткий материал сдерживает поперечные деформации менее жесткого раствора. Поэтому кирпич (камень: работает на растяжение, а менее жесткий раствор — на сжатие (см. рис. 3.7). Поперечные растягивающие усилия являются одной из главных причин разрушения кладки, особенно при растворах низкой прочности. Каменная кладка — это монолитный неоднородный упругопластический материал. Даже при идеальном равномерном распределении нагрузки по всему сечению сжатого элемента, камень и раствор в кладке находятся в условиях сложного напряженного состояния: они одновременно испытывают действие внецентренного сжатия, изгиба, растяжения, среза, смятия (см. рис. 3.7). Причинами таких особенностей работы камня и раствора являются:

1. Неоднородность распределения прочности и деформативности растворных швов.

2. Различие всасывающей способности камня и водоудерживающей способности раствора на различных участках соприкосновения; неравномерность усадка раствора.

3. Различие деформативных свойств камня и раствора; развитие касательных напряжений по плоскостям контакта камня и раствора; растяжение камня; появление трещин.

4. Концентрация напряжений вблизи пустот и отверстий ввиду наличия пустот в вертикальных швах кладки, и отверстий в пустотелых кирпичах и камнях.

5. Концентрация напряжений на выступающих частях камней, расклинивающее влияние камней друг на друга ввиду отличия камней по размерам и форме (см. рис. 3.7).

Даже при самых прочных растворах используется не более 30% прочности камня. Поэтому применение для обычных кладок растворов высоких марок (более 75) неэкономично. Прочность камня используется меньше всего в бутовой кладке, ввиду неровности постели рваного бута. Прочность кладки из камней правильной формы возрастает с увеличением высоты ряда камня, что объясняется большей сопротивляемостью камня изгибу (момент сопротивления возрастает пропорционально квадрату высоты). Прочность раствора оказывает большое влияние на прочность бутовой кладки, меньше ее влияние на прочность кирпичной кладки, еще меньше — на прочность кладки из блоков, и практически она не влияет на прочность кладки из крупных блоков. Бутобетонная кладка не подчиняется формуле Л.И. Онищика: ее прочность в большой степени зависит от марки раствора. Разрушение кирпича в кладке от сжатия происходит в последней стадии загружения, после расслоения кладки на столбики, вследствие перегрузки отдельных столбиков и кирпичей.

Эксперименты позволили установить, что прочность кладки при сжатии зависит от марки камня и марки раствора. С ростом прочности кирпича и раствора прочность кладки возрастает до определенного предела. При сжатии отдельные кирпичи в кладке работают на изгиб и срез, поэтому марку кирпича устанавливают по его прочности на сжатие и изгиб. Изгиб и срез отдельных кирпичей происходит из-за неравной плотности раствора в шве; это в большей степени проявляется при слабых растворах. На прочность кладки влияют форма поверхности кирпича и толщина шва: чем ровнее кирпич и тоньше шов, тем прочнее кладка. На прочность кладки влияет также толщина стены (при уменьшении размеров сечения кладки ее прочность возрастает, ввиду уменьшения количества швов), различие деформативных свойств кирпича и раствора. Поперечное расширение кирпича при сжатии в 10 раз меньше поперечного расширения раствора. Поэтому при сжатии кладки в кирпиче возникают растягивающие усилия вследствие большего удлинения раствора шва, который и растягивает кирпич благодаря сцеплению кирпича с раствором. Прочность кладки возрастает с течением времени вследствие возрастания прочности раствора. На прочность кладки при сжатии практически не влияет система перевязки и сцепление раствора с кирпичом.

Подобно бетону каменная кладка в конструкциях имеет свойство ползучести (увеличения деформаций с течением времени при постоянной нагрузке), которое особенно заметно в начальный период загружения. Влияние деформаций ползучести на прочность и деформативность кладки учитывают с помощью коэффициента mg (см. ниже).

Наиболее характерным напряженным состоянием каменной кладки является ее сжатие в стенах и колоннах (столбах). При вертикальном сжатии в натурных образцах кладки проявляются вертикальные трещины, идущие, как и в железобетоне, вдоль изостат (рис. 3.8). Трещины отрыва проходят через швы и кирпичи. Система перевязки кладки имеет небольшое значение.

Процесс изменения напряженно-деформированного состояния каменной кладки при сжатии делят на четыре стадии (рис. 3.9). В I стадии кладка работает без повреждений или дефектов. Затем при увеличении внешней нагрузки наступает II стадия, в отдельных камнях образуются местные вертикальные трещины, распространяющиеся в пределах 1. 3 рядов кладки.

Эти трещины в кирпичной кладке возникают из-за работы кирпичей на изгиб и срез ввиду неравномерной плотности раствора в швах кладки, когда напряжения сжатия составляют около 15. 25% предела прочности кладки на сжатие. При этом деформации изгиба отдельных кирпичей могут быть чрезмерны, до 0,1. 0,4 мм. В процессе загружения во II стадии напряжения в кладке составляют 50. 70% предела прочности. Первые трещины не опасны, при постоянной нагрузке они не растут. По достижении напряжениями в кладке 80. 90% предела прочности наступает III стадия работы: вертикальные трещины, развиваясь по высоте, соединяются друг с другом, расчленяя элемент на столбики. И, наконец, когда напряжения достигают предела прочности, наступает IV стадия, при которой происходит разрушение от потери устойчивости отдельных столбиков, образовавшихся в III стадии (это — полное разрушение кладки). Четвертая стадия работы, наблюдаемая только в лабораторных условиях при быстром приложении внешней нагрузки, обычно исключается из рассмотрения, и разрушением реальных конструкций можно считать достижение 80. 90% от предела прочности в III стадии.

В каменной кладке могут проявляться силовые деформации, развивающиеся обычно вдоль направления действия силы, и объемные деформации, возникающие во всех направлениях вследствие усадки раствора и камня или от изменения температуры. Усадочные и температурные деформации кладки зависят от материала кладки и коэффициента ее линейного расширения. В кладке при действии на нее нагрузки, начиная с небольших напряжений, развиваются и упругие, и пластические деформации; зависимость между напряжениями и деформациями не подчиняется закону Гука. Силовые деформации зависят от характера приложения нагрузки, они могут быть трех видов: деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой; деформации при длительном действии нагрузки; деформации при многократно повторных нагрузках. Если каменную кладку нагружать очень быстро и довести до разрушения за несколько секунд, то в ней развиваются только упругие деформации; она работает как упругий материал, и зависимость между напряжениями и деформациями будет линейной. Если каменную кладку в лабораторных условиях загружать до разрушения постепенно, в течение одного часа, то зависимость между напряжениями и деформациями будет нелинейной; такая кривая зависимости о—e показана на рис. 3.9. Таким образом, полные деформации будут слагаться из упругих и неупругих. В этом случае модуль деформации кладки E будет переменным E = do/dе = tgф. С возрастанием напряжения угол ф уменьшается вместе с модулем деформаций.

Деформативность кладки при сжатии определяют на основании экспериментальных зависимостей между напряжениями и относительными деформациями. В неоднородной каменной кладке развиваются упругие и пластические деформации, поэтому зависимость между напряжениями и деформациями криволинейна. Прямо пропорциональная зависимость в каменной кладке заметна только на начальном участке диаграммы при небольших напряжениях, поэтому значение тангенса угла наклона касательной к кривой в начале координат называют начальным модулем упругости. Наибольшее значение E0 будет при ф = фо

где а — упругая характеристика кладки, принимаемая по нормам в зависимости от типа кладки и марки раствора в пределах 200. 2000. Полные деформации каменной кладки включают упругие и неупругие деформации, и тогда модуль деформаций — тангенс угла наклона касательной, проведенной к кривой о—е

Кроме наиболее часто встречающегося состояния сжатия каменной кладки, реже наблюдается работа кладки на местное сжатие, растяжение, срез и изгиб (рис. 3.10). При работе на изгиб кладка испытывает сжатие в верхней зоне и растяжение в нижней. В этом случае возможны два варианта разрушения: по перевязанному и неперевязанному сечениям. В связи с тем, что прочность кладки при растяжении значительно ниже (в 10. 20 раз), чем при сжатии, прочность кладки при изгибе в основном определяется ее работой в растянутой зоне элементов. Экспериментально установлено, что временное сопротивление кладки растяжению при изгибе по неперевязанному сечению в 1,5 раза больше сопротивления кладки осевому растяжению.

При местном сжатии (смятии) сжимающие напряжения передаются не по всей площади сечения кладки, а только по ее части. Предел прочности загруженной части кладки при местном сжатии, как показали экспериментальные исследования, выше предела прочности кладки при равномерном сжатии, причем он тем выше, чем меньше площадь смятия А по сравнению с расчетной площадью сечения А. Это объясняется тем, что незагруженная часть сечения оказывает сопротивление поперечным деформациям загруженной части (эффект «обоймы»).

Прочность каменных кладок при работе на растяжение, срез, изгиб существенно связана с величиной сцепления между раствором и камнем. В кладке различают два вида сцепления: нормальное и касательное; касательное сцепление в два раза больше нормального. Величина сцепления возрастает с увеличением марки раствора, при более шероховатой и незагрязненной поверхности камня, при его увлажнении. 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 учитывается только в горизонтальных швах кладки. При растяжении кладка может разрушиться по неперевязанному и по перевязанному шву.

Растяжение кладки по неперевязанному шву (см. рис. 3.10) в чистом виде практически не встречается. При неперевязанном сечении кладка разрушается в большинстве случаев по плоскости соприкосновения камня и раствора в горизонтальных швах (возможно разрушение по раствору, в пределах камня, по плоскости, проходящей через два или три перечисленных сечения). При растяжении кладки по перевязанному шву разрыву сопротивляются участки горизонтальных швов, вертикальные швы не учитываются. Разрушение кладки может происходить либо по раствору, либо по камням и частично по раствору при прочных растворах и малой прочности камня. Если предел прочности раствора при растяжении меньше сцепления между камнем и раствором, то кладка разрушается по раствору. Срез кладки, как и растяжение, может быть по перевязанному и неперевязанному шву. При действии усилий вдоль горизонтальных швов может произойти срез по неперевязанному шву. Сопротивление срезу оказывает касательное сцепление раствора с камнем. При действии усилий перпендикулярно горизонтальным швам может произойти срез по перевязанному шву. Изгиб в каменной кладке вызывает растяжение, которым определяется прочность кладки по растянутой зоне. Однако, если определить разрушающий момент как для упругого материала, приняв в растянутой зоне расчетное сопротивление Rt (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 определялся, исходя из треугольной эпюры распределения нормальных напряжении как для упругого тела (см. рис. 3.10). Ho ввиду развития пластических деформаций, эпюра нормальных напряжений криволинейна (см. рис. 3.10); если ее принять прямоугольной (что близко к фактической эпюре), то разрушающий момент примерно в 1,5 раза больше, чем при упругой работе. Армирование кладки выполняют для повышения ее прочности, устойчивости, трещиностойкости (рис. 3.11). Арматурные сетки в швах кладки препятствуют развитию поперечных деформаций. При армировании кладки используют поперечные сетки и продольные (горизонтальные и вертикальные) сетки и стержни. Наиболее распространенным видом армирования является установка арматурных сеток в горизонтальных швах. Возможна установка вертикальной арматуры с ее защитой цементно-песчаной штукатуркой (в итоге получается железобетонная обойма в стене).

Особым видом армирования стен является устройство арматурных поясов из железобетона, размещаемых по всей высоте здания в уровне перекрытий (см. рис. 3.11). Эти пояса могут размещаться внутри стены или по всей ее ширине. Их устраивают при необходимости восприятия стенами здания дополнительных вертикальных деформаций вследствие неравномерных осадок фундаментов (то есть в условиях сложных напластований неравномерно сжимаемых грунтов).

При сжатии каменная кладка испытывает растяжение в поперечном направлении, кроме того возникает изгиб и срез между неравномерными включениями твердых частиц в раствор и неровности поверхности камня. Растворная прослойка обладает большей деформативностью чем камень, поэтому при осевом сжатии она пытается «выползти» из горизонтальных швов и передает на камень дополнительные растягивающие напряжения. Эти дополнительные напряжения тем выше, чем больше разность между модулями упругости кирпича и раствора.

Стадии напряженного состояния каменной кладки. R_u=kR

1 стадия. (σu) Напряжение в кладке меньше среднего предела прочности соответствует нормальной эксплуатации кладки, когда усилия возникающие от нагрузки не вызывают повреждений кладки. 2 стадия. (0,5R_u ≤σu) Напряжения в кладке больше 50%но не более 70% среднего предела прочности. Появление местных вертикальных трещин, высотой до 3-х рядов кладки, если нагрузку не увеличивать кладка обладает достаточной несущей способностью. 3 стадия. (0,7R_u ≤σu) Напряжения достигают 70% но не более 90% среднего предела прочности. При увеличении нагрузки вертикальные трещины увеличиваются и кладка расслаивается на отдельные столбики. 4 стадия. (σ>0,9R_u) Напряжения в кладке достигают 90% среднего предела прочности. Наступает разрушение кладки.

Билет 44. Оценка влияния различных факторов на прочность каменной кладки.

Факторы влияющие на прочность.

1) прочность камня (марка- предел прочности кирпича на сжатие. Испытывают 2 половинки кирпича соединенных между собой цементным тестом. Под пресс и засекают разрушающее усилие. Разрушающее усилие делят на площадь образца получают марку кирпича на сжатие) при увеличении прочности камня в 2 раза прочность кладки увеличивается в 1,5-1,7 раза.

2) прочности раствора

3) от вида кладки

4) влияние формы и размеров кирпича. Более гладкий камень не дает дополнительных напряжений кладки, следовательно прочность выше.

Расчет прочности каменной кладки зданий и сооружений. Физико-математические модели для исследования напряженно-деформированного состояния кирпича и раствора нагруженной каменной кладки. Интегральные характеристики кладки, учитываемые в расчетах.

Рубрика	Строительство и архитектура
Вид	статья
Язык	русский
Дата добавления	29.10.2018
Размер файла	282,1 K

В.В. Пангаев, А.В. Федоров

Сведения об авторах

Адрес: 630008 Новосибирск 8, ул. Ленинградская, 113

Тел. (383) 330 85 38

Факс (383) 330 72 68

кладка прочность модель деформированный

Ключевые слова: каменная кладка, моделирование, напряженно-деформированное состояние.

Keywords: masonry, modeling, stress-strain state.

- для кирпича уэк ? Rbr,t , фmax ? Rbr,sh ;

- для раствора уэк ? Rsol,t , фmax ? Rsol,sh ,

Рис. 1. Модель расчета НДС кладки в направлении ложковых рядов кирпича из плиточных КЭ

Рис. 2. Модель расчета НДС кладки в направлении тычковых рядов кирпича из плиточных КЭ

Пример распределения главных напряжений ух (у1) в поперечном сечении многорядной кладки, Н/см2

Подобные документы

курсовая работа [145,2 K], добавлен 11.09.2014

отчет по практике [177,2 K], добавлен 31.03.2014

реферат [27,9 K], добавлен 22.07.2010

реферат [1,7 M], добавлен 13.10.2011

Работу каменной кладки можно разделить на 4 характерные стадии в зависимости от величины действующих в ней напряжений (рис. 1).

1-ая стадия работы (рис. 1,а) соответствует присутствию в кладке таких напряжений, при которых пока отсутствуют видимые следы ее повреждения. Переход кладки во 2-ую стадию работы (рис. 1,б) связан с появлением незначительных трещин в отдельных кирпичах. Величина нагрузки, вызывающей появление первых трещин, зависит от конструкции каменной кладки, механических свойств кирпича и деформационных свойств раствора. Деформационные свойства раствора в свою очередь зависят от вида и возраста раствора (т.е. возраста каменной кладки). Цементные растворы наиболее жесткие; известковые, напротив, наиболее деформативны. увеличение возраста кладки приводит к снижению деформативности раствора. Чем меньше деформативность раствора, тем более хрупкой оказывается кладка, т.е. тем ближе величины нагрузок, соответствующих появлению первых трещин (Nтр), к полному разрушению кладки (Np). Средние отношения Nтр/Np для кирпичной кладки представлены в табл.1.

Рис. 1. Стадии работы кладки при центральном сжатии

(а – первая стадия, б – вторая стадия, в – третья стадия, г – разрушение кладки.

В первой стадии работы кладка трещин не имеет.)

Повышение хрупкости каменной кладки при использовании малодеформативных растворов и при увеличении ее возраста должно учитываться при оценке запаса прочности разрушающейся кладки. Если при образовании небольшой трещины в «молодой» кладке, выполненной на известковом растворе, можно надеяться на наличие более или менее значительных запасов прочности, то появление трещины в кладке большого возраста, изготовленной на цементных растворах, говорит о весьма серьезной перегрузке. Во всех случаях появление первой трещины должно рассматриваться как сигнал, требующий немедленного анализа причины появления трещины и, если потребуется, принятия мер по снижению действующих нагрузок или усилению каменной кладки.

Рост нагрузки после образования 1-ой трещины приводит как к ее увеличению, так и к возникновению новых трещин, которые, сливаясь друг с другом и с вертикальными швами, постепенно расслаивают каменную кладку на независимые вертикальные ветви, которые оказываются в условиях внецентренного воздействия нагрузки (3-я стадия работы каменной кладки; рис. 1,в).

Виды раствора	Отношение Nтр/Np при возрасте кладки в сутках
Виды раствора	3	28	720
Цементный	0,6	0,7	0,8
Цементно-известковый	0,5	0,6	0,7
Известковый	0,4	0,5	0,6

Таким образом, если появление первой трещины в кладке обязано срезывающим и растягивающим напряжениям, возникающим в кирпиче, то разрушение кладки связано как с развитием этих напряжений, так и с продольным изгибом тонких внецентренносжатых ветвей.

Прекращение роста нагрузки после вступления кладки в третью стадию ее работы не останавливает развития трещин. Это развитие прогрессирует и при постоянной нагрузке, что, в конце концов, приводит к разрушению кладки (4-ая стадия работы кладки, рис. 1,г).

Последовательность разрушения каменной кладки, выполненной из камней других видов, в целом такая же, как и при разрушении кирпичной кладки. Разница между ними состоит в том, что с ростом высоты камня увеличивается хрупкость кладки, и момент появления в ней первых трещин приближается к моменту разрушения.

В бутовой кладке образование первых трещин возможно как в камнях, так и в растворных швах.

Читайте также: