Напряженное состояние камня и раствора при центральном сжатии. Стадии работы кладки при сжатии.
Камень
и раствор в кладке находятся в условиях
сложного напряжённого состояния даже
при равномерном распределении нагрузки
по всему сечению сжатого элемента.
Причиной формирования в материалах
каменной кладки сложного напряжённого
состояния является ряд факторов,
обусловленных различием физико-механических
свойств камня и раствора и условиями
их работы в структуре каменной конструкции.
Одним из основных факторов является
значительная неоднородность растворной
постели камня в кладке. 
Схема
работы камня в структуре сплошной
кладки из полнотелых камней: 1 - камень;
2 - кладочный раствор; 3 - воздушная
полость; 4 - участок местного сжатия;
Передача усилий от камня к камню при
действии нагрузки происходит не по всей
площади опирания, а по отдельным точкам
соприкосновения раствора с камнем.
Основной причиной разрушения сжатого
камня являются возникающие при этом
напряжения изгиба и растяжения. Сложное
напряжённое состояние, формирующееся
в элементах каменной кладки, является
причиной, с одной стороны, неполной
реализации в структуре кладки прочностных
характеристик на сжатие камней, с другой
– значительного превышения предела
прочности кладки на сжатие относительно
прочности кладочного раствора. На
эксплуатационной стадии упрочнение
кладочного цементно-песчаного раствора
на сжатие соответствует напряжениям,
равным 50…100% значения расчетного
сопротивления. Наряду с благоприятным
для прочности кладки упрочнением
кладочного раствора, в кладочном камне
в условиях действия сжимающей нагрузки
формируются разупрочняющие кладку
напряжения растяжения sby, составляющие
до 0,02…0,04 от величины сжимающего
напряжения.
От момента загружения кладки до ее разрушения различают четыре стадии напряженного состояния.
В первой стадии трещины в кладке отсутствуют. При переходе во вторую стадию появляются небольшие трещины в кирпичах над и под вертикальными швами кладки, которые являются концентраторами напряжений (рис. 1).
Р
ис.
1. Четыре стадии напряженного состояния
каменной кладки при сжатии
Величина нагрузки, при которой появляются трещины, зависит от прочности кирпича, системы перевязки кладки и деформативных свойств раствора.
При оценке запасов прочности поврежденной кладки должно учитываться повышение ее хрупкости с увеличением возраста кладки и с применением малодеформируемых цементных растворов. При большом возрасте кладки, выполненной на цементном растворе, резервы ее прочности снижаются и составляют всего 40…20 % от разрушающей нагрузки.
Во второй стадии трещины не растут без повышения нагрузки. Далее, при увеличении нагрузки, наступает третья стадия. Трещины пересекают несколько рядов кладки, разбивая ее на отдельные столбики шириной в половину кирпича. При этом разрушение может произойти без увеличения нагрузки.
Концом третьей стадии является стадия разрушения, когда отдельные кирпичные столбики, на которые расслоилась кладка, теряют устойчивость.