Что влияет на прочность кладки

Факторы, влияющие на прочность кладки

Влияет на прочность и неодинаковая толщина раствора в швах между рядами, которая создается вследствие искривления поверхности камней. Прочность каменной кладки изменяется в зависимости от тол­щины растворных швов. Повышение толщины шва улучшает заполне­ние раствором неровностей камня, что положительно сказывается на прочности кладки. Однако повышение толщины шва приводит к увели­чению растягивающих усилий, действующих в кладке в поперечном на­правлении. Это происходит потому, что при сжатии поперечные дефор­мации раствора значительно больше поперечных деформаций камня. Поэтому кладка при сжатии разрушается от растягивающих усилий в камне, возникших под влиянием поперечных деформаций раствора. Все это в конечном счете приводит к понижению прочности. кладки. С учетом этого толщину вертикальных швов кирпичной кладки прини­мают 10 мм, горизонтальных — 12 мм.

Повышение подвижности раствора увеличением водоцементного отношения не снижает прочности и плотности раствора кирпичной клад­ки, так как при укладке кирпич быстро отсасывает из раствора воду в количестве, превышающем водоудерживающие возможности раство­ра. Следует отметить, что увеличение подвижности раствора, которое достигается введением органических пластификаторов, приводит к сни­жению плотности и повышению деформативности раствора. Поэтому чтобы предотвратить возникновение в кирпиче больших горизонтальных усилий, не допускается введение пластификаторов в количестве, снижа­ющем плотность раствора больше чем на 6%, так как это приводит к значительному снижению прочности кладки.

На прочность кладки оказывают влияние размеры и форма эле­ментов кладки, способ перевязки, сцепление раствора с камнем ит. п.

Уменьшение размеров поперечного сечения приводит к некоторому увеличению предела прочности кладки. Круглые и квадратные формы поперечного сечения элементов более прочны, чем тавровые и другие сложные формы,

Наибольшее влияние на прочность кладки имеют:

а) прочность камня; увеличение предела прочности камня при сжатии в 2 раза повышает прочность кладки в 1,6-1,8 раза; прочность кирпичной кладки, кроме того, зависит в очень большой степени от сопротивления кирпича изгибу и срезу;

б) размеры камня; чем больше высота камня, тем больше момент сопротивления его сечения и, следовательно, тем меньше влияние сопротивления камня изгибу и срезу; с увеличением высоты камня прочность кладки, при прочих равных условиях, существенно повышается (рис. 1);

в) форма камня; в кладке из камней неправильной формы при сжатии очень велики местные концентрации напряжений и, кроме того, уменьшается сопротивление кладки сдвигу по плохо перевязанным сечениям; поэтому, например, кладка из рваного бутового камня высокой прочности даже на прочном растворе имеет предел прочности, равный лишь 2-6% прочности камня;

г) наличие пустот в камне; кладка из пустотелых камней, как правило, слабее кладки из сплошных камней при одинаковой прочности камня вследствие неравномерного распределения напряжений в кладке; степень этого уменьшения прочности зависит от формы и расположения пустот в кладке и для кладки из оптимальных типов пустотелых камней может быть минимальной;

д) прочность раствора значительна и тем больше, чем меньше высота камня; увеличение прочности раствора с 4 до 100 кГ/см2 повышает прочность обычной кирпичной кладки в 1,8-2 раза; имеет существенное значение также плотность раствора; применение пористых, сильносжимаемых растворов (например, на легких заполнителях) понижает прочность кладки на 10-30%;

е) качество кладки; неровная поверхность и неодинаковая плотность раствора в горизонтальных швах, плохое заполнение швов и т. п. значительно уменьшают прочность кладки; если принять за 100% установленный нормами средний предел прочности ручной кирпичной кладки при обычном ее качестве, то при более низком качестве прочность кладки составляет всего лишь 80-85%, а при очень высоком – 150-160%; вибрирование кирпичной кладки значительно улучшает заполнение швов, что является одной из причин большого повышения прочности виброкирпичной кладки по сравнению с обычной; применение жестких, трудноукладываемых растворов ухудшает качество швов и понижает прочность кладки на 10-15%;

ж) перевязка кладки; имеет весьма существенное значение при внецентренном приложении нагрузок, при действии горизонтальных нагрузок (например, сейсмических), при зимних кладках, выложенных методом замораживания и пр.;

з) сцепление раствора с камнем; имеет решающее значение в случаях, когда кладка работает на растяжение или на изгиб.

1.6. Деформативность каменной кладки

Как и в бетоне деформации кирпичной кладки под нагрузкой складываются из упругой и неупругой , проявляемые при длительном действии нагрузки. Основным их источником являются деформации ползучести, развивающиеся в растворных швах.

При (1)

где R_u – временное сопротивление кладки сжатию, кладка работает упруго.

Для неармированной кладки деформации выражаются начальным модулем упругости

, (2)

где — упругая характеристика кладки

,

где K – коэффициент зависящий от вида кладки

Для армированной кладки

(3)

При более высоких напряжениях модуль деформаций становится переменной величиной, равной в каждой точке кривой секущего модуля деформации

(4)

При расчете конструкций по прочности в соответствии с нормами

(5)

При определении деформации кладки от продольных или поперечных сил, периода колебания каменной кладки, жесткости, модуль деформации принимается равным

(6)

Источник

ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ КАМЕННОЙ КЛАДКИ

Способность кладки воспринимать, не разрушаясь, нагрузку от вышележащих конструкций и других воздействий называют прочностью.

Прочность кладки зависит от свойств кирпича (камня) и раствора, из которых кладка сложена. Предел прочности при сжатии, например, кирпичной кладки, выполненной даже на высокомарочном растворе, при обычных методах возведения составляет не более 40. 50 % предела прочности кирпича. Объясняется это тем, что поверхности кирпича и шва кладки не идеально плоские, плотность и толщина слоя раствора в горизонтальных швах не везде одинакова и вследствие этого давление в кладке неравномерно распределяется по поверхности кирпича и вызывает в нем кроме напряжений сжатия напряжение изгиба и среза. Поэтому каменные материалы, слабо сопротивляющиеся изгибу, разрушаются в кладке раньше, чем сжимающие напряжения в них достигнут предела прочности при сжатии. Например, кирпич имеет в 4. 6 раз меньший предел прочности при изгибе, чем при сжатии.

Напряженное состояние в кладке возникает не только от сжимающих, а и от горизонтальных, изгибающих, вибрационных и других нагрузок. Способность кладки сохранять свое положение при действии этих нагрузок называют устойчивостью. Предельные величины ее предусмотрены «Строительными нормами и правилами». Под воздействием внешних нагрузок в кладке создается напряженное состояние, которое распространяется по схеме, показанной на рис.10.

Рис.10. Схема распространения напряжений в кладке

Способность кладки сохранять свое положение при действии горизонтальных (например, ветровых) нагрузок называют устойчивостью. Это свойство ограничивает высоту кладки в зависимости от ее толщины и величины ветровых нагрузок. Например, стенка толщиной 250 мм при ветровой нагрузке более 400 Па не должна быть выше 2,25 м.

Если постепенно увеличивать нагрузку на кладку до величины, превышающей предел прочности ее, то сначала в отдельных кирпичах появятся вертикальные трещины (рис.11, а) преимущественно под вертикальными швами, там, где концентрируются напряжения растяжения и изгиба. При росте нагрузки трещины увеличатся, разделяя кладку на столбики (рис.11, б). Окончательное разрушение кладки происходит из-за выпучивания этих столбиков в результате потери ими устойчивости (рис.11, в). Напряженное состояние при осевом сжатии кладок из других каменных материалов аналогично напряженному состоянию кирпичной кладки.

Рис.11. Стадии разрушения кладки под нагрузкой

Внешние нагрузки, действующие на кладку, создают в ней напряженное состояние (рис.11). При нормальной эксплуатации (первая стадия) внутренние напряжения не вызывают видимых повреждений кладки. При увеличении нагрузки (вторая стадия) в отдельных кирпичах появляются трещины. Продолжающийся рост нагрузки приводит к развитию вертикальных трещин (третья стадия), однако кладка еще способна воспринимать действующие на нее внешние силы. Дальнейшее нарастание нагрузки расслаивает кладку на тонкие столбики (четвертая стадия). Кладка разрушается из-за выпучивания столбиков, т.е. из-за потери устойчивости конструкции, расчлененной вертикальными трещинами.

Рис.11. Стадии работы кладки при возрастании внешней нагрузки

Как видно из графика (рис.12), прочность кладки мало зависит от системы перевязки швов.

Рис.12. График, иллюстрирующий прочность кладки

Однако повышение прочности раствора незначительно увеличивает прочность кладки. Гораздо большее значение имеет пластичность раствора. Пластичные растворы лучше расстилаются по постели кирпича, обеспечивая равномерную толщину и плотность шва. Это повышает прочность кладки за счет уменьшения напряжения изгиба и среза в отдельных кирпичах.

Влияние размеров и формы каменных материалов на прочность кладки. С увеличением высоты камня уменьшается количество горизонтальных швов в кладке и увеличивается пропорционально квадрату высоты камня сопротивление его изгибу. В связи с этим при одинаковой прочности камней более прочной оказывается кладка, выполненная из камней большей высоты.

При правильной форме камней швы в кладке заполняются раствором равномернее, чем при неправильной, лучше передается нагрузка от камня к камню, лучше перевязывается кладка и прочность ее более высока. На снижение прочности бутовой кладки, например, влияет главным образом то, что неправильная форма камней обеспечивает их соприкосновение лишь через от дельные участки, не создает хорошей перевязки кладки, значительную часть которой приходится заполнять раствором.

Влияние качества швов кладки на ее прочность. Хорошее заполнение горизонтальных и вертикальных швов раствором, равно мерное уплотнение и одинаковая толщина швов, правильная перевязка обеспечивают высокую прочность кладки. Низкое качество кладки, применение растворов, не соответствующих требованиям проекта, могут привести к разрушению кладки.

Плотность кладки обусловливает такие качества каменных конструкций, как высокая огнестойкость, большая по сравнению с другими материалами химическая стойкость, сопротивляемость атмосферным воздействиям и, как следствие этого, большая долговечность. В то же время большая плотность увеличивает теплопроводность кладки, поэтому нередко наружные кирпичные стены зданий приходится делать намного толще, чем это требуется по условиям прочности и устойчивости.

На теплотехнические свойства каменных конструкций влияет также качество кладки: стены с плохо заполненными раствором швами легко продуваются и промерзают зимой.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Факторы, влияющие на прочность кладки

Прочность каменной кладки

Прочность каменной кладки зависит от прочности и вида камня и раствора, возраста кладки, её качества и др. факторов.

Камни и раствор в кладке находятся в условиях сложного напряженного состояния из-за неровной поверхности кирпича или камня, а также неодинаковой толщины и плотности раствора.

Различают прочность кладки при сжатии, растяжении, срезе, местном смятии.

В расчет вводят сопротивления кладок различных видов на растворах разных марок, установленные в результате статистической обработки испытаний образцов. Прочность по не перевязанному сечению ниже, чем по перевязанному.

При расчете стен, столбов, простенков применяют прочность кладки при сжатии R. Эта характеристика всегда меньше прочности камня, какой бы высокопрочный не был раствор.

При расчете цилиндрических резервуаров используется прочность при осевом растяжении кладки – R_t;

При расчете обсыпных подпорных стен используются также расчетный сопротивления кладки на растяжение при изгибе R_tb и срезе R_sq.

Все перечисленные сопротивления приведены в нормах.

Влияет на прочность и неодинаковая толщина раствора в швах между рядами, которая создается вследствие искривления поверхности камней. Прочность каменной кладки изменяется в зависимости от тол­щины растворных швов. Повышение толщины шва улучшает заполне­ние раствором неровностей камня, что положительно сказывается на прочности кладки. Однако повышение толщины шва приводит к увели­чению растягивающих усилий, действующих в кладке в поперечном на­правлении. Это происходит потому, что при сжатии поперечные дефор­мации раствора значительно больше поперечных деформаций камня. Поэтому кладка при сжатии разрушается от растягивающих усилий в камне, возникших под влиянием поперечных деформаций раствора. Все это в конечном счете приводит к понижению прочности. кладки. С учетом этого толщину вертикальных швов кирпичной кладки прини­мают 10 мм, горизонтальных — 12 мм.

Повышение подвижности раствора увеличением водоцементного отношения не снижает прочности и плотности раствора кирпичной клад­ки, так как при укладке кирпич быстро отсасывает из раствора воду в количестве, превышающем водоудерживающие возможности раство­ра. Следует отметить, что увеличение подвижности раствора, которое достигается введением органических пластификаторов, приводит к сни­жению плотности и повышению деформативности раствора. Поэтому чтобы предотвратить возникновение в кирпиче больших горизонтальных усилий, не допускается введение пластификаторов в количестве, снижа­ющем плотность раствора больше чем на 6%, так как это приводит к значительному снижению прочности кладки.

На прочность кладки оказывают влияние размеры и форма эле­ментов кладки, способ перевязки, сцепление раствора с камнем ит. п.

Уменьшение размеров поперечного сечения приводит к некоторому увеличению предела прочности кладки. Круглые и квадратные формы поперечного сечения элементов более прочны, чем тавровые и другие сложные формы,

Наибольшее влияние на прочность кладки имеют:

а) прочность камня; увеличение предела прочности камня при сжатии в 2 раза повышает прочность кладки в 1,6-1,8 раза; прочность кирпичной кладки, кроме того, зависит в очень большой степени от сопротивления кирпича изгибу и срезу;

б) размеры камня; чем больше высота камня, тем больше момент сопротивления его сечения и, следовательно, тем меньше влияние сопротивления камня изгибу и срезу; с увеличением высоты камня прочность кладки, при прочих равных условиях, существенно повышается (рис. 1);

в) форма камня; в кладке из камней неправильной формы при сжатии очень велики местные концентрации напряжений и, кроме того, уменьшается сопротивление кладки сдвигу по плохо перевязанным сечениям; поэтому, например, кладка из рваного бутового камня высокой прочности даже на прочном растворе имеет предел прочности, равный лишь 2-6% прочности камня;

г) наличие пустот в камне; кладка из пустотелых камней, как правило, слабее кладки из сплошных камней при одинаковой прочности камня вследствие неравномерного распределения напряжений в кладке; степень этого уменьшения прочности зависит от формы и расположения пустот в кладке и для кладки из оптимальных типов пустотелых камней может быть минимальной;

д) прочность раствора значительна и тем больше, чем меньше высота камня; увеличение прочности раствора с 4 до 100 кГ/см2 повышает прочность обычной кирпичной кладки в 1,8-2 раза; имеет существенное значение также плотность раствора; применение пористых, сильносжимаемых растворов (например, на легких заполнителях) понижает прочность кладки на 10-30%;

е) качество кладки; неровная поверхность и неодинаковая плотность раствора в горизонтальных швах, плохое заполнение швов и т. п. значительно уменьшают прочность кладки; если принять за 100% установленный нормами средний предел прочности ручной кирпичной кладки при обычном ее качестве, то при более низком качестве прочность кладки составляет всего лишь 80-85%, а при очень высоком – 150-160%; вибрирование кирпичной кладки значительно улучшает заполнение швов, что является одной из причин большого повышения прочности виброкирпичной кладки по сравнению с обычной; применение жестких, трудноукладываемых растворов ухудшает качество швов и понижает прочность кладки на 10-15%;

ж) перевязка кладки; имеет весьма существенное значение при внецентренном приложении нагрузок, при действии горизонтальных нагрузок (например, сейсмических), при зимних кладках, выложенных методом замораживания и пр.;

з) сцепление раствора с камнем; имеет решающее значение в случаях, когда кладка работает на растяжение или на изгиб.

1.6. Деформативность каменной кладки

Как и в бетоне деформации кирпичной кладки под нагрузкой складываются из упругой и неупругой , проявляемые при длительном действии нагрузки. Основным их источником являются деформации ползучести, развивающиеся в растворных швах.

При (1)

где R_u – временное сопротивление кладки сжатию, кладка работает упруго.

Для неармированной кладки деформации выражаются начальным модулем упругости

, (2)

где — упругая характеристика кладки

,

где K – коэффициент зависящий от вида кладки

Для армированной кладки

(3)

При более высоких напряжениях модуль деформаций становится переменной величиной, равной в каждой точке кривой секущего модуля деформации

(4)

При расчете конструкций по прочности в соответствии с нормами

(5)

При определении деформации кладки от продольных или поперечных сил, периода колебания каменной кладки, жесткости, модуль деформации принимается равным

(6)

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Прочность кладки при сжатии

Каменная кладка является монолитным неоднородным упругопластическим материалом. Даже при центральном приложении нагрузки к кладке камень и раствор могут одновременно испытывать и внецентренное сжатие, и изгиб, и растяжение, и срез, и смятие.

Основные причины такого сложного напряженного состояния:

1. Неоднородность растворного шва вследствие недостаточно идеального перемешивания, различной толщины слоя и т.п.

2. Различие деформативных свойств камня и раствора, вследствие чего в плоскостях контакта камня и раствора возникают касательные напряжения.

3. Наличие пустот в вертикальных швах кладки и отверстий в пустотелых камнях, что приводит к концентрации напряжений в зоне этих отверстий.

4. Неоднородность камней и их геометрические несовершенства, приводящие к концентрации напряжений на выступающих частях камней.

Проведенными экспериментальными исследованиями с различными видами кладок установлено, что при сжатии кладки можно выделить три стадии разрушения, для кладки из кирпича эти стадии показаны на рис. 9.

Первая стадия характеризуется появлением первых волосных трещин в отдельных кирпичах (рис. 9,а). Эта стадия наступает при нагрузках (0,6-0,8) при цементных растворах, при нагрузках (0,5-0,7) при сложных растворах и при нагрузках (0,4-0,6) при известковых растворах. Появление волосных трещин свидетельствует о том, что действующие нагрузки превзошли допустимые пределы.

Вторая стадия характеризуется соединением трещин в отдельных кирпичах и образованием трещин, проходящих через несколько кирпичей (рис. 9,б). Эта стадия наступает при нагрузках порядка (0,8-0,9) .

Третья стадия соответствует саморазрушению кладки в результате ее расслоения на отдельные столбики шириной примерно по 1/2 кирпича, раздавливания отдельных кирпичей в этих столбиках и, наконец, потери устойчивости отдельных столбиков всей кладки. Третья стадия наблюдается в лабораторных условиях при быстром нарастании деформаций. В естественных условиях вторая стадия является началом окончательного разрушения кладки, поскольку возникшие в этой стадии сквозные трещины не стабилизируются, а продолжают развиваться и увеличиваться без увеличения нагрузки. Поэтому действительная разрушающая нагрузка составляет 80-90 % от экспериментальной разрушающей нагрузки. Многочисленные эксперименты помогли раскрыть причины возникновения первых трещин в кладке из кирпича.

Рис.9. Три стадии разрушения кладки из кирпича

Разрушение кирпича в кладке от сжатия происходит только в последней стадии после расслоения кладки на столбики вследствие перегрузки отдельных столбиков и кирпичей.

Анализ результатов экспериментов позволил установить ряд факторов, влияющих на прочность кладки при сжатии.

Рис.10. Деформация изгиба отдельных кирпичей

1. Прочность кладки зависит от марки камня и марки раствора, но прочность кирпича на сжатие используется незначительно, с ростом прочности кирпича и раствора прочность кладки возрастает, но до определенного предела.

2. При сжатии отдельные кирпичи в кладке работают на изгиб и срез, поэтому марка кирпича устанавливается из его прочности на сжатие и изгиб. Изгиб и срез отдельных кирпичей происходит вследствие неравномерной плотности раствора в шве: причем это в большей степени проявляется при слабых растворах, что подтверждается просвечиванием рентгеновскими лучами растворного шва кладки.

3. На прочность кладки влияют форма поверхности кирпича и толщина шва; чем ровнее кирпич и тоньше шов, тем прочнее кладка.

4. На прочность кладки влияют размер сечения кладки (толщина стены): при уменьшении размеров сечения кладки ее прочность возрастает. Это отчасти объясняется уменьшением количества швов.

5. На прочность кладки влияет 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.

6. Прочность кладки возрастает с течением времени вследствие возрастания прочности раствора.

На прочность кладки при сжатии не влияют система перевязки и сцепление раствора с кирпичом.

На основании экспериментальных данных проф. Л.И. Онищиком предложена эмпирическая формула для определения прочности различных кладок при сжатии в зависимости от марок камня и раствора:

(1)

Анализ графиков рис.12 позволяет сделать ряд выводов:

1. Прочность камня используется меньше всего в бутовой кладке, что объясняется неровностью постели рваного бута.

2. Прочность кладки из камней правильной формы возрастает с увеличением высоты ряда камня, что объясняется большей сопротивляемостью камня изгибу (так как момент сопротивления возрастает пропорционально квадрату высоты).

3. Прочность раствора оказывает самое большое влияние на прочность бутовой кладки (21/5,5 = 3,8), меньше влияния оказывает на прочность кирпичной кладки (35/15 = 2,3), еще меньше при кладке из блоков (41/24 т 1,7) и практически не влияет на прочность кладки из крупных блоков (60/60 = 1).

Рис.12. Графики зависимости прочности разных кладок при прочности камня

4. Бутобетонная кладка не подчиняется формуле Л.И. Онищика (1) и в очень большой степени прочность этой кладки зависит от марки раствора.

Величины расчетных сопротивлений (R) различных кладок в зависимости от марок камня и раствора приведена в.

Дата добавления: 2017-09-01 ; просмотров: 4212 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник