Каменные и армокаменные конструкции: области применения, достоинства и недостатки. Материалы для каменных конструкций. Прочность и деформативность каменной кладки. СП 15.13330.2012

В настоящее время каменные конструкции, обладающие высокой огнестойкостью и долговечностью, широко применяются при возведении фундаментов и стен зданий, подпорных стен, дымовых труб, водонапорных башен, плотин, канализационных коллекторов, резервуаров и других сооружений. К недостаткам каменных конструкций следует отнести трудности механизации работ при мелких штучных камнях, недостаточную прочность кирпича, что приводит к большому расходу материалов, рабочей силы и ограничивает этажность зданий. Поэтому уже в середине прошлого века стали применять блоки из бетона и кирпича и стеновые панели.

Каменными называют конструкции, выполняемые из каменной кладки, состоящей из природных или искусственных камней, соединяемых между собой раствором.

Каменные материалы различают:

1. по происхождению – природные и искусственные;
2. величине – кирпич высотой 65, 88 и 103 мм, крупные блоки и панели высотой 500 мм и более;
3. структуре – сплошные, пустотелые, пористые;
4. пределу прочности:

• камни малой прочности, марки: 4- 50 (кгс/см²) (сырцовый кирпич, слабые известняки, легкий кирпич);
• камни средней прочности, марки: 75- 200 (кгс/см²) (обычный кирпич, бетонные и природные камни);
• камни высокой прочности, марки: 250- 1000 (кгс/см²) (клинкерный кирпич, бетонные и тяжелые природные камни);

5. морозостойкости: F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300.Морозостойкость определяется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдерживает образец без снижения прочности более чем на 25 % от первоначальной.

Долговечность каменных материалов зависит от морозостойкости и определяется сроком службы конструкций без снижения эксплуатационных свойств. Строительные нормы устанавливают три срока службы каменных конструкций: 100, 50 и 25 лет.

Растворы для каменных кладок При плотности массы в сухом состоянии 1500 кг/м³ и более растворы относят к тяжелым; до 1500 кг/м³ – к легким. В тяжелых растворах применяются плотные заполнители, в легких – пористые. По виду вяжущих различают цементные, известковые и смешанные (цементно-известковые и цементно-глиняные) растворы. Известь и глина являются пластификаторами, обеспечивающими удобоукладываемость раствора, отчего швы кладки заполняются более равномерно и повышается прочность кладки. Расчетные сопротивления кладки на “жестком” цементном растворе ниже на 15 %, чем на смешанных растворах.

Арматура каменных конструкций При сетчатом армировании горизонтальных швов кладки применяется арматура классов Вр-I и А-I. Для продольной и поперечной арматуры, анкеров и связей – арматура классов А-I, A-II и Вр-I.

Прочность кладки при растяжении и срезе значительно ниже прочности на сжатие и зависит от сцепления раствора с камнем в горизонтальных швах. Раствор вертикальных швов мало влияет на прочность, и в расчетах это влияние не учитывают. Различают нормальное и касательное сцепление раствора швов с камнем. При нормальном сцеплении сила N действует перпендикулярно плоскости шва (вертикально), а при касательном сцеплении сила направлена параллельно плоскости шва (горизонтально). Рис. 2. Сцепление раствора швов с камнем: а) нормальное, ; б) касательное, Прочность нормального и касательного сцепления зависит в основном от марки раствора. Оказывает влияние шероховатость поверхности камня, его пористость и влажность, а также подвижность раствора.

Прочность при нормальном S и касательном сцеплении, МПа, определяется по формулам, соответственно:

гдеR2 – прочность раствора.

Если растягивающее усилие направлено вертикально, кладка разрушается по неперевязанному сечению, а если усилие действует горизонтально, разрушение происходит по перевязанному сечению: по зигзагообразной трещине через швы кладки или по вертикальной трещине с разрывом кирпичей (рис. 3). В соответствии с этим различают три вида прочности кладки при растяжении: Рис. 3. Разрушение: а) по неперевязанному сечению; б) по перевязанному сечению; сечение 1-1 – разрушение по швам кладки; сечение 2-2 – разрушение с разрывом кирпичей 1) по неперевязанному сечению  2) перевязанному сечению (сечение 1-1, рис. 3)

3) перевязанному сечению (сечение 2-2, рис. 3) , гдеRt – прочность камня на растяжение.

Для расчета по перевязанному сечению принимают наименьшее значение Rut1 или Rut2. Прочность Rut относят при расчете к единице площади горизонтального сечения, а Rut1 и Rut2 – к единице площади вертикального сечения кладки.Рис. 4. Сопротивление: а) по неперевязанному сечению; б) по перевязанному сечению.

Сопротивление кладки растяжению при изгибе по неперевязанному сечению

Сопротивление кладки растяжению по перевязанному сечению

Кладка при действии горизонтальной силы может быть срезана по неперевязанному шву. При этом прочность составляет.

Каменная кладка деформируется как упругопластический материал. Полная деформация состоит из упругой и пластической составляющих. В течение первых трех лет рост пластической деформации затухает, если напряжения в кладке не превышают 80…90 % от прочности кладки. В противном случае происходит ее разрушение. При испытании кладки загружением до разрушения получают график зависимости напряжений от деформаций (рис. 5). При малых напряжениях график прямолинеен, а напряжения можно получить по деформациям через модуль упругости (начальный модуль деформаций):  При повышении напряжений график искривляется, и модуль деформации кладки уменьшается . Если график экстраполировать после момента разрушения кладки до точки, где  то на оси ординат напряжения будут примерно равны 1.1Ru. Линейная зависимость модуля деформаций от напряжений

Начальный модуль упругости E0 может быть выражен через предел прочности: E0=aRu, где a – упругая характеристика кладки, зависящая от вида кладки и марки раствора

Модуль деформации кладки E должен приниматься:

а) для определения усилий в кладке при расчете конструкций по прочности кладки E=0.5E0

б) при определении деформаций кладки, периода колебаний и жесткости каменных конструкций E=0.8E0.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: