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

Обновлено: 21.05.2024

Основные расчетные зависимости

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.

Расчет кладки при центральном сжатии

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.

Стадии работы кладки при осевом сжатии. Факторы, влияющие на прочность кладки. Предельная прочность кладки на сжатие.

Работа до появления трещин (50% от разрушающей) – нормальная эксплуатация.

Появление небольших трещин в отдельных кирпичах (50-70%)

Появление вертикальных трещин, пересекающих несколько рядов кладки (80-90%)

Разрушение кладки от потери устойчивости ввиду ее полного разрушения

Предельная прочность кладки на сжатие R_uвсегда меньше прочности камняR_к, какой бы высокой прочности ни был растворR_u=K_k *R_к, где К_к– конструктивный коэффициент (кирпич 0,5-0,6, бутов. – 0,15-0,25)

Местное сжатие (смятие) – имеет место в том случае, когда сжим. напряжение передается не по всей площади кладки, а только по ее части.

Предел прочности загруженной части кладки при местном сжатии тем выше предела прочности при равномерном сжатии, чем меньше площадь смятия А_спо сравнению с расчетной площадью сечения А.

Различают два вида сцепления – нормальное и касательное. При этом касательное сцепление в 2 раза больше нормального T=2*S.

В соответствии с нормальными и касательными напряжениям различают 2 вида растяжения кладки: по неперевязанным сечениям, по перевязанным сечениям.

Деформативные свойства кладки, модуль деформаций.

Для идеально упругих тел зависимость между напряжениями sи относительными деформациямиeвыражается в соответствии с законом Гука прямой линией, отношениеs/eпостоянно, называется оно модулем упругости Е_упр=s/e=const

Кладка из-за неоднородности не является упругим материалом и поэтому зависимость σ-ε криволинейная.

Полные деформации состоят из упругих ε_уи неупругих ε_пл. Причем доля пластичных (необратимых) деформаций с увеличением нагрузки возрастает.

Модуль упругости E– переменный, постоянную величину имеет в начале к координат до 0,2R_u

Начальный модуль деформации E₀, определяется по следующей зависимостиE₀= α*R_u, где альфа – упругая характеристика кладки, принимаемая по СНиП 2-22-81*.

Модуль деформации при эксплуатационных нагрузках 0,3-0,5R_u_,для упрощенияE=0.8E_0.

При действии длительных нагрузок в кладке развиваются деформации ползучести, рост которых наблюдается в первые несколько месяцев.

Работа кладки при центральном сжатии и ее расчет.

При центральном сжатии напряжения равномерно распределяются по сечению элемента. Несущая способность таких элементов зависит не только от прочности кладки, но и от гибкости элементов. Для элементов с малой гибкостью из условия равновесия усилий на вертикальную ось можно записать условие прочности:N = R_u A,R_u– предел прочности кладки

Расчет элементов неармированных каменных конструкций при центральном сжатии следует производить по формуле: N £ т_gj RA,гдеR — расчетное сопротивление сжатию кладки, определяемое по таблицам СНиП (2-9) какR = R_ug_c / k;j— коэффициент продольного изгиба;т_g — коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки.

Коэффициент продольного изгиба jдля элементов постоянного по длине сечения следует принимать в зависимости от гибкости элементаl_i = l₀ / i или прямоугольного сплошного сечения при отношенииl_h = l₀ / h и упругой характеристики кладкиa, принимаемый по табл. 15 СНиП.

Расчетные высоты стен и столбов l₀при определении коэффициентов продольного изгибаjв зависимости от условий опирания их на горизонтальные опоры следует принимать:

а) при неподвижных шарнирных опорах l₀=Н ( а);

б) при упругой верхней опоре и жестком защемлении в нижней опоре: для однопролетных зданий l₀= 1,5H,для многопролетных зданийl₀= 1,25H( б);

в) для свободно стоящих конструкций l₀= 2Н (в);(рис)

Значения коэффициентов j и т_gдля стен и столбов, опирающихся на шарнирные неподвижные опоры при расчете сечений, расположенных в средней трети высотыl₀ следует принимать постоянными, равными расчетным значениямj и т_g, определенным для данного элемента. При расчете сечений на участках в крайних третяхl₀коэффициентыj и т_gувеличиваются по линейному закону до единицы на опоре.

Стадии работы кладки при осевом сжатии. Факторы, влияющие на прочность кладки. Предельная прочность кладки на сжатие.

Работа до появления трещин (50% от разрушающей) – нормальная эксплуатация.

Появление небольших трещин в отдельных кирпичах (50-70%)

Появление вертикальных трещин, пересекающих несколько рядов кладки (80-90%)

Разрушение кладки от потери устойчивости ввиду ее полного разрушения

Деформативные свойства кладки, модуль деформаций.

Кладка из-за неоднородности не является упругим материалом и поэтому зависимость σ-ε криволинейная.

Модуль упругости E– переменный, постоянную величину имеет в начале к координат до 0,2R_u

Модуль деформации при эксплуатационных нагрузках 0,3-0,5R_u_,для упрощенияE=0.8E_0.

Работа кладки при центральном сжатии и ее расчет.

а) при неподвижных шарнирных опорах l₀=Н ( а);

в) для свободно стоящих конструкций l₀= 2Н (в);(рис)

Прочность каменной кладки

• Прочность каменной кладки зависит от прочности и вида камня и раствора, возраста кладки, ее качества, обусловленного квалификацией каменщика, и других факторов. Опыты показывают, что даже при центральном сжатии камни и раствор в кладке находятся в условиях сложного напряженного состояния. Это объясняется тем, что поверхность кирпича или бетонного камня не является ровной, а раствор в швах имеет неодинаковую плотность и толщину. Работу камня можно представить как работу жесткого тела, покоящегося на многочисленных беспорядочно расположенных опорах. В таком теле возникают изгибающие моменты, поперечные силы, а также участки с местным смятием. Кроме того, поперечные деформации раствора, существенно (до 10 раз) превышающие деформации керамического кирпича, вызывают в нем растягивающие усилия, снижающие прочность кладки.

Различают прочность кладки при сжатии, растяжении, срезе, местном смятии. В расчет вводят сопротивление кладок различных видов на растворах разных марок, установленные в результате статистической обработки испытаний стандартных образцов.

Если кладка под нагрузкой испытывает осевое растяжение, то в зависимости от направления усилия может произойти разрушение по неперевязанному сечению, либо по перевязанному сечению. Прочность по неперевязанному сечению ниже, чем по перевязанному. Прочность при осевом растяжении кладки используется, например, при расчете цилиндрических резервуаров.

Растяжение кладки:

а—по неперевязанному сечению;

б—по перевязанному сечению; 1-1; 2- 2 – проходящему по раствору; 3-3 — проходящему по кирпичу;

Билет 43. Напряженное состояние каменной кладки при осевом сжатии

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

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 кирпичной кладки

Рассмотрим, какие нагрузки может испытывать стеновая кладка. Эта информация будет полезна тем, кто хочет построить гараж с уверенностью в своих расчетах.

Так как каменная кладка в конструкциях призвана, прежде всего, сопротивляться сжатию, то естественным в качестве ее основных прочностных характеристик принять прочностные характеристики на сжатие.

Прочностные характеристики кладки на сжатие

Предварительно, на примере образца-столба, поддерживающего перекрытие гаража, рассмотрим стадии работы кладки при центральном сжатии.

По мере увеличения нагрузки от нулевой (не считая собственного веса образца) до разрушающей можно выделить четыре условных стадий работы кладки.

Первая стадия характеризуется работой кладки до образования видимых трещин.

Первые трещины в кладке могут образоваться как в отдельных кирпичах, так и в растворе (обычно в угловых зонах кирпичей, где возникает концентратор напряжений). Однако на дальнейший характер трещинообразования и, в конечном счете, прочность кладки большее влияние оказывает трещины в кирпичах (из-за их большей хрупкости по сравнению с раствором).

Интенсивностьсжимающих напряжений в кладке в конце первой стадии составляет в среднем 30-50% от предела ее прочности.

Вторая стадия характеризуется образованием трещин и их развитием.

Трещинообразование идет более активно с наружных слоев кладки, так как для внутренних слоев создается эффект обоймы (препятствие развитию поперечных деформаций со стороны наружных слоев).

Третья стадия характеризуется дальнейшим развитием уже существующих трещин и образованием новых.

На данной стадии наблюдается тенденция к слиянию трещин по высоте и глубине кладки (с захватом вертикальных растворных швов) с проявлением магистрального (на всю высоту кладки) и сквозного (по толщине кладки) характера.

Четвертая стадия характеризуется разделением кладки на отдельные участки и последующим разрушением образца.

В начале данной стадии происходит окончательное оформление
магистральных и сквозных трещин, которые разделяют кладку на отдельные участки – «столбики». Далее, после достижения в одном из столбиков критической силы, данный столбик теряет устойчивость и разрушается (в физическом смысле).

Дальнейший характер разрушения кладки носит аналогичный характер. В итоге, кладка полностью разрушится вследствие последовательной потери устойчивости всех столбиков.

Таким образом, можно отметить, что разрушение кладки столбов и стен гаража происходит не вследствие потери прочности на сжатие кирпичей и раствора, а вследствие потери устойчивости разделенных трещинами столбиков, при этом как кирпич, так и раствор имеют резервы прочности на сжатие (вне окрестности трещин).

Далее рассмотрим общую формулу для расчета прочности кладки при
центральном сжатии.

На основе экспериментов, проведенных в 1930-е годы, профессор Л.И. Онищик предложил эмпирическую зависимость для расчета прочности кладки, которая учитывает вышеотмеченные особенности сопротивляемости кладки сжатию. Данная зависимость, с некоторыми последующими уточнениями, принята в современной нормативной литературе в качестве основной для расчета предела прочности кладки при сжатии:

Проведем анализ величин, входящих в данные зависимости

а) Предел прочности камня при сжатии R1 определяется путем испытаний его на сжатие в соответствии с ГОСТ 8462-85.

Испытанию подлежат образцы, изготовленные из двух целых камней (для кирпича допускается изготовление образцов из двух его половинок).

Предел прочности образца при сжатии:

За предел прочности камня при сжатии R1 принимается среднее
арифметическое значение результатов испытаний установленного числа образцов

б) Предел прочности раствора при сжатии R2 определяется путем его
испытаний на сжатие в соответствии с ГОСТ 5802-86:
Испытанию подлежат образцы-кубы с размером ребра 70,7 мм.

Предел прочности образца при сжатии:

За предел прочности раствора при сжатии R2 принимается среднее
арифметическое значение результатов испытаний установленного числа образцов.
в) Конструктивный коэффициент A

Прочность камня и раствора на сжатие определяют прочность кладки не вполне. Существенными оказываются также прочность камня на изгиб, за что и отвечает конструктивный коэффициент A.

На практике при вычислении конструктивного коэффициента A
пользуются зависимостью, в которую входит только прочность камня на сжатие:

Однако в этом случае прочность кирпича на изгиб должна быть не
меньше некоторых значений, установленных ГОСТ 530-2007 и ГОСТ 379-95, что должен обеспечить производитель кирпича.

Предел прочности кирпича при изгибе Rизг определяется путем
испытаний на изгиб в соответствии с ГОСТ 8462-85.

Испытанию подлежат целые кирпичи, установленные на две опоры;
нагрузка прикладывается равномерно по ширине кирпича в середине пролета.

Предел прочности образца при изгибе вычисляют по известной формуле сопротивления материалов:

За предел прочности кирпича при изгибе Rизг принимается среднее
арифметическое значение результатов испытаний установленного числа образцов.

г) Эмпирические коэффициенты a, b, m, n – коэффициенты, зависящие от вида кладки и размера камней.

Прочность камня пропорциональна значениям геометрических
характеристик его поперечного сечения: моменту сопротивления для изгиба и площади сечения для растяжения. С увеличение высоты камней указанные характеристики возрастают, что приводит к увеличению прочности кладки.

Для пустотелых камней, геометрические характеристики значительно ниже соответствующих характеристик полнотелых камней, что снижает прочность кладки.

Кроме указанных, существуют и другие закономерности изменения
прочности кладки от вида применяемых в кладке камней, что и учитывают коэффициенты a, b, m, n.

Понижающий коэффициент вводится для кладок на растворах низких марок.

Введение коэффициента обусловлено большей деформативностью
раствора низких марок, что увеличивает усилия в камне и, соответственно, снижает прочность кладки.

Далее проанализируем характер зависимости прочности кладки при
сжатии от прочности камня и раствора при сжатии

Анализ зависимости прочности кладки от прочности камня позволяет отметить увеличение прочности кладки при увеличении прочности камня, причем близкое к линейному.

Анализ зависимости прочности кладки от прочности раствора позволяет отметить:

прочность кладки существенно увеличивается при росте прочности раствора только при низкой прочности последнего. После некоторого значения рост прочности раствора практически не оказывает влияния на прочность кладки; при этом можно отметить наличие верхнего предела R∞;
кладка даже при нулевой прочности раствора (свежеуложенный раствор или оттаявший раствор замороженной кладки) обладает некоторой начальной прочностью R0 (например, для кирпичной кладки Ru/R0≈2…3).

В итоге, можно отметить, что для повышения прочности кладки при
сжатии (при использовании камня и раствора высоких марок) более
эффективным оказывается повышение прочности камня, нежели раствора.

Расчетное сопротивление кладки сжатию

Итак, далее от прочности кладки Ru сжатию переходят к расчетному
сопротивление кладки сжатию

Вышеприведенные пределы прочности камня и раствора, а также
коэффициенты, входящие в формулу Оницика для вычисления предела прочности кладки при сжатии Ru, носят средний характер, то есть без учета статистического разброса. Кроме этого, на прочность кладки оказывают влияния множество факторов, описанные ниже, учесть которые не представляется возможным (например «руку каменщика»).

Статистический разброс и другие факторы, влияющие на прочность
кладки и не нашедшие отражения в формуле Онищика учитываются путем деления предела прочности кладки при сжатии Ru на коэффициент надежности по кладке k=2,0.

В итоге, расчетное сопротивление кладки сжатию R:

Расчетные сопротивления кладки сжатию в зависимости от марок камня и раствора приведены в Таблицам 2-10 СП 15.13330.2012.

Прочностные характеристики кладки на растяжение, срез и изгиб.

Каменная кладка, кроме того, что призвана в конструкциях сопротивляться сжатию, в ряде случаев также сопротивляется растяжению, срезу и изгибу.

Правильность формы камней (параллелепипед) предопределяет правильность в отношении распределения растворной матрицы по кладке (строго горизонтальные и вертикальные швы), что, в свою очередь, позволяет выделить прочностные характеристики растяжению и срезу при их реализации перпендикулярно и параллельно горизонтальным растворным швам.

Соответственно, говорят о сопротивлении (прочности) кладки растяжению и срезу по неперевязанному сечению, то есть когда разрушение идет в плоскости горизонтального растворного шва, и по перевязанному сечению, когда разрушение идет в плоскости, перпендикулярной горизонтальным растворным швам.

Учитывая, что изгиб – это симбиоз сжатия, растяжения и среза, такого же принципа придерживаются при анализе сопротивления (прочности) кладки изгибу, ориентируясь, при этом, на траекторию главных растягивающих напряжений, которая меняет свой наклон относительно горизонтальных растворных швов).

Стоит отметить, что при анализе прочности кладки растяжению, срезу и изгибу, сопротивлением раствора вертикальных швов пренебрегают по причине развития в них свободной усадки, нарушающей сцепление кирпича с раствором.

Осевое растяжение кладки

Выделяют прочность кладки при осевом растяжении по неперевязанному сечению, когда усилия растяжения перпендикулярны горизонтальным растворным швам, и по перевязанному сечению, когда усилия растяжения параллельны горизонтальным швам.

Растяжение по неперевязанному сечению (усилия растяжения перпендикулярны горизонтальным растворным швам).

Разрушение кладки при растяжении по неперевязанному сечению происходит, как правило, по плоскости соприкосновения раствора с камнем. Сопротивление кладки, в данном случае, обусловлено нормальным сцеплением камня с раствором.

Растяжение по перевязанному сечению (усилия растяжения параллельны горизонтальным швам).

Разрушение кладки при растяжении по перевязанному сечению может происходить:

по горизонтальным и вертикальным растворным швам с образованием зубчатой или косой штрабы (сечения 1-1 и 2-2). Сопротивление кладки, в данном случае, обусловлено касательным сцеплением камня с раствором;
по плоскости, пересекающей вертикальные растворные швы и камни (сечение 3-3), когда прочность растяжению камня мала. Сопротивление кладки, в данном случае, обусловлено сопротивлением камня на растяжение.

Срез кладки

Выделяют прочность кладки при срезе по неперевязанному сечению, когда усилия среза параллельны горизонтальным растворным швам, и по перевязанному сечению, когда усилия среза перпендикулярны горизонтальным растворным швам.

Срез по неперевязанному сечению (усилия среза параллельны горизонтальным растворным швам).

Разрушение кладки при срезе по неперевязанному сечению происходит, как правило, по горизонтальному шву сечения среза. Сопротивление кладки, в данном случае, обусловлено касательным сцеплением камня с раствором.

Срез по перевязанному сечению (усилия среза перпендикулярны горизонтальным растворным швам).

Разрушение кладки при срезе по перевязанному сечению происходит, как правило, по камню и раствору сечения среза. Сопротивление кладки, в данном случае, обусловлено сопротивлением камня срезу.

Изгиб кладки

Разрушение кладки при изгибе происходит в соответствии с траекторией главных растягивающих напряжений (изгиб – это симбиоз растяжения и сжатия). Причем изгиб может осуществляться как в плоскости кладки, так и из ее плоскости.

Выделяют прочность кладки растяжению при изгибе по неперевязанному и перевязанному сечениям.

Растяжение при изгибе по неперевязанному сечению (растягивающие усилия перпендикулярны горизонтальным растворным швам).

Разрушение кладки при изгибе по неперевязанному сечению происходит, как правило, по плоскости соприкосновения раствора с камнем. Сопротивление кладки, в данном случае, обусловлено нормальным сцеплением камня с раствором.

Изгиб по перевязанному сечению (главные растягивающие усилия параллельны или наклонны к горизонтальным растворным швам).

Разрушение кладки при изгибе по перевязанному сечению происходит:

по косой штрабе при реализации изгиба по схеме 1. Сопротивление кладки, в данном случае, обусловлено нормальным сцеплением кирпича с раствором;
по зубчатой штрабе при реализации изгиба по схеме 2. Сопротивление кладки, в данном случае, обусловлено касательным сцеплением кирпича с раствором;
по камню перпендикулярно или наклонно горизонтальным растворным швам при реализации изгиба как по схеме 1, так и по схеме 2. Сопротивление кладки, в данном случае, обусловлено сопротивлением кирпича растяжению.

Расчетные сопротивления кладки растяжению, срезу и изгибу в зависимости от марок камня и раствора приведены в Таблицам 2-10 СП 15.13330.2012.

Прочностные характеристики кладки лицевого слоя определены/приняты в соответствии с СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции» [1] в зависимости от марок кирпича (М150) и раствора (М100):

расчетное сопротивление кладки осевому сжатию (п.6.1 Таблице 2 [1]):

R90=2,2*0,9=2,0 МПа –перпендикулярно горизонтальным растворным швам (0,9 – коэффициент, учитывающий высокую пустотность кладки);
 расчетное сопротивление кладки осевому растяжению (п.6.16, Таблица 11; п.6.17, Таблица 12 [1]):
Rt=0,08 МПа – по неперевязанному сечению;
Rt=0,16 МПа – по перевязанному сечению при расчете сечений кладки, проходящих по горизонтальным и вертикальным швам;
Rt=0,2 МПа – по перевязанному сечению при расчете сечений кладки, проходящих по кирпичу;
расчетное сопротивление кладки растяжению при изгибе (п.6.16, Таблица 11; п.6.17, Таблица 12 [1]):
Rtb (Rtw)=0,12 МПа – по неперевязанному сечению и по косой штрабе;
Rtb (Rtw)=0,25 МПа – по перевязанному сечению при расчете сечений кладки, проходящих по горизонтальным и вертикальным швам;
Rtb (Rtw)=0,3 МПа – по перевязанному сечению при расчете сечений кладки, проходящих по кирпичу;
 расчетное сопротивление кладки срезу (п.6.16, Таблица 11; п.6.17, Таблица 12 [1]):
Rsq=0,16 МПа – по неперевязанному сечению;
Rsq=0,8 МПа – по перевязанному сечению при расчете сечений кладки, проходящих по кирпичу.

Деформационные характеристики кладки при центральном сжатии

Основные деформационные характеристики кладки определяют по результатам их испытаний на сжатие и анализа кривой деформирования, устанавливающей зависимость между напряжениями и относительными деформациями .

Таким образом, упругопластические свойства кладки обусловлены, прежде всего, наличием данных свойств у раствора.

Проанализируем деформационные характеристики кладки.

1 – прямая упругих деформаций (касательная к точке 0);
2 – касательная к точке К с заданным напряжением

Вести оценку деформативности кладки логично с помощью
действительного модуля деформации, определяемого как тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной, проведенной к точке на кривой деформирования, соответствующей заданному напряжению. Однако на участке кривой, где проявляют себя пластические деформации, данный модуль переменен и сложно определяется.

На начальном участке кривой деформирования, когда себя проявляют, в основном, только упругие деформации, данный модуль постоянен и легко может быть определен из испытаний. Поэтому в качестве исходной деформационной характеристики выступает начальный модуль деформации (модуль упругости), определяемый, по сути, как тангенс угла наклона к оси абсцисс начального (линейного) участка кривой деформирования.

По результатам экспериментов установлено, что модуль упругости E0
пропорционален временному сопротивлению кладки Ru:

Коэффициент пропорциональности , или так называемая упругая
характеристика кладки, зависит, в первую очередь, от прочности раствора и вида кладки. Для практических расчетов коэффициенты сведены в таблицу, приведенную в СП (для кирпичной кладки =1000).

Для практических расчетов значения модуля деформации E допускается принимать по следующим упрощенным зависимостям:

Деформационные характеристики кладки лицевого слоя определены/приняты в соответствии с СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции» [1] в зависимости от марок кирпича (М150) и раствора (М100):

Читайте также: