ЖБК вопросы 9,10

Вопрос №9. Расскажите о характере разрушения каменной кладки.

Четыре стадии работы каменной кладки под нагрузкой при сжатии.

Проведёнными экспериментальными исследованиями с различными видами кладок установлено , что в зависимости от величины действующих напряжений при сжатии работу кладки можно разделить на 4 стадии.

Первая стадия соответствует нормальной эксплуатации кладки, когда усилия, возникающие в кладке под нагрузкой, не вызывают видимых её повреждений. Переход кладки во вторую стадию работы характеризуется появлением небольших трещин в отдельных кирпичах (рис 2.3.б). в этой стадии кладка ещё несёт нагрузку (величина её составляет 60-80% от разрушающей), и дальнейшего развития трещин при неизменной нагрузке не наблюдается.

Величина нагрузки, при которой появляются первые трещины, зависит от механических свойств кирпича, конструкции кладки и деформативных свойств раствора. Последние же завися от вида раствора и его возраста (т.е. от возраста кладки). Цементные растворы более жёсткие; известковые, наоборот, более деформативны. С увеличением возраста деформативность раствора снижается. Чем меньше деформативность раствора, тем более хрупкой оказывается кладка, т.е. нем ближе N тр к Nр. Для кирпичной кладки средние отношения N тр/ Nр приведены в табл.2.1.

Повышение хрупкости кладки с увеличением её возраста и при применении малодеформативных растворов должно учитываться при оценке запасов прочности повреждённой кладки. Если при появлении незначительной трещины в кладке раннего возраста на извествоком растворе имеется определённый запас прочности, то появление трещины в кладке большого возраста, изготовленной на цементном растворе, свидетельствует о её значительной перегрузке. Во всех случаях появление первых трещин в кладке должно рассматриваться как сигнал для установления причин их появления и, если потребуется, принятия мер по усилению кладки или снижению действующих на неё нагрузок.

При увеличении нагрузки после появления первых трещин происходит как их развитие, так и возникновение и развитие новых трещин, которые соединяются между собой, пересекая значительную часть кладки в вертикальном направлении и постепенно расслаивая её на отдельные ветви, каждая из которых оказывается в условиях внецентренного загружения (третья стадия работы кладки (рис.2.3,в)).

При длительном действии этой нагрузки, даже без её увеличения, будет постепенно (вследствие развития пластических деформаций) происходить дальнейшее развитие трещин, расслаивающих кладку на тонкие гибкие столбики. И третья стадия перейдёт в четвёртую – стадию разрушения от потери устойчивости расчленённой кладки (рис.2.3.г)

Четвёртая стадия наблюдается в лабораторных условиях при быстром нарастании деформации. В естественных условиях третья стадия является началом окончательного разрушения кладки, поскольку возникшие в этой стадии сквозные трещины не стабилизируюся, а продолжают развиваться и увеличиваться при увеличении нагрузки. Поэтому действительная разрушающая нагрузка составляет 80-90% от экспериментальной разрушающей нагрузки. Многочисленные эксперименты позволили раскрыть причины возникновения первых трещин в кладке из кирпича. Установлено, что возникновение первых трещин в кладке вызывается напряжениями изгиба и среза отдельных кирпичей, в то время, как напряжения сжатия составляют 15-25% от предела прочности кирпича на сжатие. Деформации изгиба отдельных кирпичей достигают значительных величин -0,1-0,4 мм (рис.2.4), которые при учёте хрупкости кирпича являются чрезмерными. Причиной изгиба и среза кирпича в кладке при сжатии является неравномерная плотность раствора в швах.

Последовательность разрушения кладки, выполненной из камней других видов, в общем такая же, как и при разрушении кирпичной кладки. Разница заключается в том, что с увеличением высоты камня увеличивается хрупкость кладки, и момент появления в ней первых трещин приближается к моменту разрушения.

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

Деформации каменной кладки под нагрузкой при растяжении.

На рис.2.9два вида сцепления: нормальное (2.9,а) и касательное (2.9,б).

Различают растяжение по неперевязанному и перевязанному шву.

Растяжение по неперевязанному шву в чистом виде практически не встречается (рис.2.10.а), 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 2.10,в.

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 – рис.2.10,а).

Разрушение кладки по перевязанному шву (рис.2.10,б) встречается в конструкциях резервуаров, силосов и т.п., работающих на растяжение. В этом случае разрыву сопротивляются только участки горизонтальных швов (вертикальные швы не учитываются), в которых действует касательное сцепление. 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 окажется меньше сцепления между камнем и раствором, то кладка разрушается по раствору)

Деформации кладки при срезе.

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

При действии усилий вдоль горизонтальных швов (рис.2.11,а) имеет место срез по неперевязанному шву, который встречается в подпорных стенах (рис.2.11,в) или в пятовых сечениях арок (рис.2.11,г). В этом случае сопротивление оказывает касательно е 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.2.11,б) имеет место срез по перевязанному шву, который встречается в консольных выступах (рис.2.11,д). В этом случае учитывается сопротивление только камня срезу без учёта вертикальных швов.

Деформации кладки при срезе.

Изгиб в каменной кладке вызывает растяжение, которым и определяется прочность кладки по растянутой зоне.

На рисунке 2.13 показана часть здания, левый угол которого получил осадку, что привело к образованию трещин в косой штрабе в подоконных поясах. Эти трещины являются следствием возникновения главных растягивающих напряжений при изгибе.

Вопрос 10. Какие факторы влияют на прочность каменной кладки.

1.Марка камня. Чем больше марка камня, тем больше прочность кладки.

2. Марка раствора.

3. Разница в деформационно-жесткостных качествах камня и раствора. Чем больше разница, тем хуже.

4. Возраст кладки. С увеличением возраста прочность кладки увеличивается, однако при напряжениях, близких к расчётным, начинается процесс микро-трещинообразования вдоль действия сжимающей нагрузки, начинается деструкция и прочность может упасть.

5.Форма камня и толщина шва раствора. Чем меньше шов и более правильная форма камня, тем прочнее кладка.

6. Перевязка. Влияет в основном на прочность столба, что касается простенков и стен, только если перевязка выполняется через 4-5 рядов.

7.Размер сечения кладки (толщина стены). При уменьшении размеров сечения кладки её прочность возрастает, что отчасти объясняется уменьшением количества швов.