Прочность кладки при срезе

Срез кладки так же, как и растяжение, может быть по перевязанно­му и неперевязанному шву, см. рис. 9.7.

Рис. 9.7. Срез кладки из камней правильной формы: а - по неперевязанным сечениям; в,г – срез по неперевязанному шву в кладке подпорной стены и в пяте арки; д - срез кладки по перевязанному шву в консольном свесе

При действии усилий вдоль горизонтальных швов (рис. 9.7,а)

имеет место срез по неперевязанному шву, который встречается в подпор­ных стенах (рис. 9.7,в) или в пятовых сечениях арок (рис. 9.7,г). 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. 9.7,б) имеет место срез по перевязанному шву, который встречается в консольных выступах (рис. 9.7,д). В этом случае учитывается сопротивле­ние только камня срезу без учета вертикальных швов.

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 R_t (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. 9.8,а):

(9.4)

На самом же деле благодаря тому, что в кладке кроме упругих имеют место и пластические деформации, эпюра нормальных напряжений криволинейная (рис. 9.8,6) и, если ее принять прямоугольной (что очень близко к фактической эпюре), то получим:

(9.5)

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 R_tb принимают примерно в 1,5 раза больше, чем расчетное сопротивление кладки при цен­тральном растяжении Rt.

На рис. 9.9 показана часть здания, левый угол которого получил осадку, что привело к образованию трещин по косой штрабе в подоконных поясах. Эти трещины являются следствием возникновения главных растя­гивающих напряжений при изгибе.

Рис. 9.8 Эпюры распределения нормальных напряжений в сечении элемента

Рис. 9.9 Образование трещин в кладке стен при осадке угла здания

9.3. Деформативные характеристики 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 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

Температурные деформации кладки также зависят от материала кладки и коэффициента линейного расширения кладки - . Например, для глиняного кирпича и керамических камней , а для силикатного кирпича и бетонных камней .

Под влиянием температур в стенах зданий большой протяженности могут образовываться трещины в углах проемов продольных стен у при­мыканий к торцевым стенам на нижних этажах зданий. Такая картина трещинообразования объясняется тем, что свободному укорочению (удлине­нию) препятствует подземная часть здания, на которую воздействие тем­ператур незначительно. Величины коэффициентов линейного расширения кладки в зависимости от вида камня изменяются в пределах

С целью предотвращения образования трещин от усадки и темпера­турных перепадов стены зданий и сплошных теплоизоляционных слоев следует разрезать вертикальными и горизонтальными швами такой длины, на которой трещины от вышеупомянутых причин образовываться не бу­дут.

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 еще и пластические деформации. Поэтому силовые деформации будут зависеть от характера приложения нагрузки и 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 кладке возникнут только упругие деформации и кладка будет работать как упругий материал

В случае поэтапного доведения до разрушения опытных образцов в лабораторных условиях с выдержкой на этапах, зависимость между напряжениями и деформациями получается нелинейной; для данного случая кривая зависимости показана на рис 9.10.

Рис. 9.10 Зависимость «напряжения – деформации» при кратковременном действии сжимающей нагрузки

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

(9.6)

С возрастанием напряжения угол уменьшается и, следовательно, 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.

Экспериментально установлено, что начальный модуль деформаций (модуль упругости кладки) пропорционален временному сопротивлению сжатию кладки - .

Модуль упругости, или начальный модуль деформаций неармированной кладки при кратковременной нагрузке определяется по формуле

(9.7)

а для кладки с продольным армированием

(9.8)

В формулах (9.7) и (9.8) -упругая характеристика кладки.

Модуль упругости кладки с сетчатым армированием принимается таким же, как для неармированной кладки.

Для кладки с продольным армированием упругая характеристика принимается такой же, как для неармированной кладки.

В формулах (9.7), (9.10) - временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию кладки, определяемое по формуле

(9.9)

где - расчетные сопротивления сжатию кладки; k – коэффициент, принимаемый в зависимости от вида кладки:

- из кирпича и камней всех видов, из крупных блоков, рваного бута и бутобетона, кирпичная вибрированная – 2.0;

- из крупных и мелких блоков из ячеистых бетонов – 2.25

Упругая характеристика кладки с сетчатым армированием определяется по формуле

(9.10)

В формулах (9.8) и (9.10) - временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию армированной кладки из кирпича или камней при высоте ряда не более 150 мм, определяемое по формулам:

для кладки с продольной арматурой

(9.11)

для кладки с сетчатой арматурой

(9.12)

где – процент армирования кладки, который для кладки с продольной арматурой равен ; и - соответственно площади сечения арматуры и кладки; – нормативные сопротивления арматуры в армированной кладке, значения которых принимаются по табл. 1.16.

Модуль деформаций каменной кладки для расчета конструкций при­нимается:

а) при расчете по прочности кладки для определения усилий в пре­дельном состоянии с учетом одинакового деформирования совместно с элементами конструкций из других материалов (в слоях сжатых много­слойных сечений стен, для нахождения усилий в затяжках сводов, при расчете кладки над рандбалками, при воздействии температуры)

(9.7)

б) для определения деформаций кладки от продольных и поперечных сил, усилий в рамных статически неопределимых системах при совместной работе кладки с элементами из других материалов, нахождения периода колебаний, жесткости

(9.8)

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

При длительном действии нагрузки деформации кладки вследствие ползучести увеличиваются. Если сжимающие напряжения превышают напряжения, при которых в кладке образуются трещины (вторая стадия), деформации интенсивно нарастают вполоть до разрушения кладки. Поэтому размеры сечения необходимо назначать таким образом, чтобы напряжения от длительно действующих нагрузок не превышали напряжений трещинообразования в сечниях проектируемых конструкций.

При многократно повторных нагрузках после некоторого числа циклов нагрузка-разгрузка пластические деформации сводятся на нет, и материал начинает работать упруго с модулем упругости , но только если напряжения не превосходят напряжений, при которых появляются трещины в кладке, т.е. , то после некоторого количества циклов нагрузка-разгрузка деформации начинают неограниченно расти, и кладка разрушается.

Деформации усадки для кладок из силикатного кирпи­ча и камней из легкого или тяжелого бетона на цементном вяжущем, а также для кладки из ячеистых бетонов изменяются в пределах . Для кладки из силикатных кирпи­чей она принимается равной . Деформации усадки кладки из глиняного кирпича и керамических камней не учитываются

Модуль сдвига каменной кладки принимается равным .

Кладка может подвергаться многократному приложению нагрузки, при этом деформация ползучести будет возрастать и приводить к разруше­нию кладки при наличии в ней трещин. Предел длительной вибропрочности кладки зависит от асимметрии цикла загружения. Вибропрочность кирпичной кладки изменяется в пределах .