7 . Армокаменные конструкции. Виды и назначение армирования. Расчеты кладки с сетчатым армированием на центральное и внецентренное сжатие. Это конструкции, в которых находится арматура, учитываемая в расчетах. Арматура размещается для повышения несущей способности элементов за счет увеличения прочности и устойчивости армокаменных конструкций по сравнению с каменными. Различают продольное и поперечное армирование камен-х элементов. Поперечное армирование выполняется чаще всего стальными сварными сетками, которые укладываются в горизонтальные швы кладки; эти сетки препятствуют поперечному расширению кладки и кладка работает по аналогии с железобетоном, усиленным косвенным армированием. Поперечное армирование называется сетчатым армированием. Его используют, если повышение прочности камней и раствора не обеспечивает требуемую несущую способность, а размеры сечения нельзя увеличить. Наибольший эффект поперечного армирования достигается для коротких центрально сжатых элементов. Элементы длинные с большой гибкостью с сетчатым армированием не эффективно, т. к. их разрушение происходит не от потери прочности, а от потери устойчивости. Сетчатое армирование практически не оказывает влияния на обеспечение или повышение устойчивости. Внецентренно сжатые элементы менее эффективны с сетчатым армированием по сравнению с центрально-сжатыми, т.к. часть площади сеток попадает в растянутую зону и там они не работают. Сетчатое армирование не следует применять для элементов с гибкостью λ_h > 15 для элементов с е_о > 0,17h; λ_h = е_о/ h. Расчет элементов с сетчатым армированием выполняется по аналогии с обычными каменными элементами, но при этом учитывается повышение прочности кладки за счет поперечного армирования. Центрально сжатые элементы: N ≤ m_g φ A R_sk; R_sk – расчетное сопротивление центральному сжатию кладки с сетчатым армир-м. Оно зависит от расчетного сопротивления каменной кладки, R арматуры сеток и от коэф-та или % армир-я. R_sk=R+2μR_s/100≤2R; μ=(V_s/Vкл)*100%; μ = 2*Аst*(bh/c)*100%/S*A => μ = 2*Аst*100%/ SC;

П ри внецентренном сжатии: N ≤ m_g φ₁ Aс R_skв*ω; R_skв – расчетное сопротивление кладки с сетчатым армированием при внецентренном сжатии. => R_skв = R + (2μR_s/100)(1-2*l_о/у); у – расстояние от центра тяжести всего сечения до сжатой грани элемента; μ ≤ μ_max = 50*R/(1-2*l_о/у)* R_s; при определении коэф-та продольного изгиба следует учитывать упругую характеристику кладки с арматурой: α_sk = αR_u/ R_sk,u; α – упругая характеристика неармированной кладки; R_u – предел прочности неармированной кладки; R_sk,u – предел прочности армированной кладки; R_sk,u = R_u + 2μR_sn/100; R_sn – нормативное сопртивление арматуры сеток при растяжении, применяется с учетом коэф-та условий работы (Тб. 13 СНиП «Камен-е и армокамен-е констр-и»; R_sn=R_sn^тбγ_с; R_sn^Тб из СНиП «Бетонные и ж/б конструкции». Арматура А–I:

R_sn = 250МПа*0,75; m_g – коэф-т, учитывающий длительность действия нагрузки и определяется как для неармированной кладки. Условие смятия: Nc ≤ Ac *d*ψ*R_c; R_c ≥ R_sк – для армокамен-х элементов. Все остальное как для неармированной кладки. Для проверки прочности кладки с сетчатым армированием при незатвердевшем растворе определяется фактическая прочность раствора в рассматриваемый срок и условия твердения, используя тб.1 по приложению СНиП Камен и армокамен-е констр-и.Конструктивные требования к сетчатому армированию: сетчатое армирование учитывается в расчетах, если 0,1% ≤ μ; иначе μ < 0,1 принимаем конструктивное армирование и в расчетах не учитывается. Повышение несущей способности наиболее эффективно до μ приблизительно равное 1%. Дальнейшее увеличение μ приводит к дополнительному расходу арматуры, сложности и стоимости работ, а повышение несущей способности затухает. Шаг сеток по высоте элемента, учитываемых в расчетах д.б. не более 400мм, иначе они в расчете не учитываются. Сетки д.б. установлены не больше, чем через 5 рядов для обыкновенного кирпича; через 4 ряда для утолщенного кирпича (88мм); через 3 ряда для керамических камней. t_швов ≥ 2d_s + 4мм; t_швов ≤ 16мм; 3мм ≤ d_s ≤ 6мм; для контроля установки арматуры концы стержней выпускают за грань кладки на 2-3мм; марка камня для а/камен-х конструкций д.б. не меньше 75. Марка раствора ≥ 50; высота ряда кладки ≤ 150мм.Продольное армирование элементов. Арматуру размещают вдоль оси элемента и применяется для армирования центрально растянутых и изгибаемых элементов, а также для центрально и внецентренно сжатых элементов большой гибкости или с большими эксцентриситетами, когда несущая способность не м.б. обеспечена увеличением размеров или повышением прочности камня и прочности раствора. Назначение продольного армирования – воспринимать усилия растяжения или обеспечивать устойчивость. Продольное армирование учитывается в расчетах, если коэф-т армирования μ ≥ 0,1% для арматуры А-I, А-II и μ ≥ 0,05% для растянутой арматуры Вр-I. Если армирование меньше, то она в расчетах не учитывается. Арматура располагается в вертикальных швах, в бороздах каменных элементов или штукатурном слое по поверхности каменных элементов.

8. Расчеты кладки по II группе предельных состояний. Расчеты на раскрытие трещин и по деформациям. Следует выполнять для внецентренносжатых неармированных элементов с эксцентриситетами ео > 0,7y; y – от центра тяжести до оси сжатой грани. Для армированных с продольной арматурой расчеты выполняются, если эксплуатация происходит в агрессивной среде и требуется непроницаемость изолирующих покрытий. При этом сечение приводится к одному материалу – к стали с коэфф – м привидения ηred = Ео/Еs; Расчеты по образованию и раскрытию трещин: расчеты выполняются в предположении упругой работы кладки при прямоугольной или треугольной эпюре напряжений, по максимальному краевому растягивающему направлению. Трещины в кладке не образуются и швы не раскрываются, если максимальное краевое напряжение при растяжении ≤ расчетного сопротивления растяжению кладки с учетом условий работы: σt ≤ Rtγr; γr зависит от предполагаемого срока службы, от характеристики кладки и условий ее работы. Центрально растянутые элементы σt = N/А; N < RtγrА; Изгибаемые элементы σt = M/Wp; I => Wp = I/(h-y); σt = M(h-y)/ I ≤ Rtγr; M ≤ Rtγr I/(h-y); Внецентренно сжатые элементы: σt = (M/Wp) - N/А = N ео (h-y)/ I- N/А; σt ≤ Rtγr; N[(1/А)(( ео (h-y)/ I)А – 1) ≤ Rtγr; N ≤ Rtγr А/(( ео (h-y)/ I)А – 1); для внецентренно растянутых элементов: σt = (M/Wp) + N/А => N ≤ Rtγr А/(( ео (h-y)/ I)А + 1); Расчеты выполняются на нормативную нагрузку . Расчет по деформациям выполняется для предотвращения появления трещин и разрушения покрытий по поверхности кладки (гидроизоляционное покрытие по поверхности кладки; облицовочное покрытие; различные виды штукатурок (кислотоупорные), которые защищают кладку). Расчет выполняется на действие нормативных нагрузок, которые будут приложены после нанесения покрытий в предположений, что покрытие сохранится, если наибольшие деформации растяжения по грани кладки, контактируемой с покрытием, не превысят предполагаемые деформации для данного вида и назначения покрытия. Работа кладки рассматривается в упругой стадии. εu – предельные деформации по грани кладки, они определяются видом и назначением покрытия. Разрушение не произойдет, если ε ≤ εu; ε = σ/Е; Е = 0,8Ео; Центральное растяжение элементов: ε = σ/Е = N/AE ≤ εu; N ≤ A E εu – разрушение покрытия при центральном разрушении. σ = М/W => М( h-y )/ E ≤ εu; W = I /( h-y ); σ = E εu; М ≤ I E εu/( h-y ); Для внецентренно – сжатых: N ≤ EA εu/((A( h-y )ео/ I)-1); для внецентренно – растянутых: N ≤ EA εu/((A( h-y )ео/ I)+1); Расчет каменных конструкций: Условие прочности: N ≤ Nu; Для центрально сжатых Nu = mgRAφ; Для внецентренно сжатых: Nu = mgRAсφ1ω; mg – учитывает длительность действия нагрузки. mg = 1 при h ≥ 30 см. N – величина сжимающей силы; в расчетах на прочность определяется от действия расчетных нагрузок с учетом их неблагоприятного совместного действия. Если самый неблагоприятный вариант нельзя определить сразу, то прочность проверяют при различных вариантах действия нагрузок: 1) N2 = N3, то столб центрально загруженный. N = N1 + N2 + N3; N ≤ Nu; 2) N2 >N3; N = N1 + N2 + N3; ео в сторону N2; ео = M/ N; M = N2 ео2 + N3 ео3; N ≤ Nu; lо – расчетная длина; lо = μ Н;

9. Необходимость усиления каменных конструкций при реконструкции, виды усиления. Усиление каменных конструкций обоймами, основные положения расчётов усиления. Усиление – это комплекс мероприятий по повышению или восстановлению эксплуатируемых качеств конструкций. Усиление необходимо, когда не соблюдается основное положение расчётов существующих конструкций по предельным состояниям: Т≤Т_u; Т – расчётное значение нагрузок или вызванные ими деформации: Т_u – соответствующие им предельные значения. Усиливать необходимо, если Т>T_u. Происходит, когда повышается Т (увеличивается нагрузка на конструкцию) или когда понижается Т_u , которые способны воспринимать конструкции. Это может произойти из-за изменения размеров сечения, из-за понижения прочностных свойств материалов, из-за наличия дефектов, снижающих несущую способность конструкции. Для надёжной эксплуатации конструкции необходимо восстановить условие Т<Т_u. Если повышается Т при повышении нагрузки, то это усиление для повышения несущей способности (увеличением Nu). Если мы восстанавливаем несущую способность до первоначального состояния, то это будет усиление для восстановления конструкции.

С пособы усиления.1. усиление с изменением конструктивной схемы; 2.усиление с изменением напряжённого состояния 3.усиление с изменением параметров сечения. Для каменных конструкций наиболее эффективным является усиление с изменением параметров сечения с устройством обойм. В этой группе есть способ – усиление с увеличением размеров сечения. Т<Т_u (зависит от S, R_u, γ_m, γ_с) S – параметр учитывает размеры сечения, R_u – нормативная прочность, γ_m – параметр надёжности, γ_с – коэффициент условий работы кладки. N_u=m_gRAφ ( увеличиваем А – увеличивается N_u) – 1 способ увеличение размеров. Увеличиваем R – увеличивается N_u – 2 способ – обойма. Кладка хорошо работает на сжатие и плохо на растяжение. При действии продольной сжимающей силы происходит сжатие вдоль её действия и растяжение поперечном направлении. Кладка разрушается от растягивающего напряжения, вызванного поперечным растяжением. Растяжение кладки можно приостановить, если устранить или ограничить поперечные деформации. При этом происходит повышение прочности кладки при сжатии. Обоймы для усиления каменной кладки бывают стальные, ж.б или растворные.

10. Проектирование эффективного усиления каменных конструкций стальными обоймами.

С тальные обоймы состоят из вертикальных уголков, соединенных поперечными горизонтальными планками. Слой раствора в зазорах передает равномерно поперечные деформации на вертикальные уголки и затем на поперечные планки. Если есть зазор не заполненные раствором, то никаких ограничений поперечных деформаций нет и обойма не работает. S – шаг планок принимается не более минимального размера сечения усиливаемого элемента и не более 50 см. При большем расстоянии между планками обойма не ограничивает поперечных деформаций, а значит не работает. Вертикальные уголки стальной обоймы при определённых условиях могут воспринять сами часть действующей нагрузки, тем самым уменьшая нагрузку на каменный элемент или добавить несущую способность на него. После выполнения стальной обоймы элементы следует защитить от коррозии (например, штукатуркой). Обоймы эффективны при соотношении сторон до 1:2,5. Если элементы более протяжённые, следует устраивать дополнительные поперечные связи. Их расположение с шагом вдоль стены не более ее толщины, по высоте не более 75 см. Эти связи учитываются в расчёте с понижающим коэффициентом. N≤N_u^об Необходимо определить несущую способность каменного элемента усиленного обоймой (N_u^об).N_u^об= N_u+ΔN_u+N_уг; ΔN_u – увеличение несущей способности каменного элемента за счет ограничения поперечных деформаций каменного элемента.

О бойма и каменный элемент должны работать совместно. Для них учитывается общий коэффициент продольного изгиба φ. Ограничения поперечных деформаций наиболее эффективно, когда все сечение сжато (центрально сжатые или с небольшими эксцентриситетами). С увеличением е эффективность обоймы снижается. Если в усиливаемом элементе имеются трещины, то его начальная несущая способность снижена, что тоже необходимо учитывать. Повышение прочности кладки зависит от количества планок и наиболее эффективно при центральном сжатии. С увеличением е эффективность планок снижается. N_u^об =ψφ[(m_gm_kR+ηm_μR_sw)A+R_scA_s]; m_k – коэффициент, учитываэщий наличие трещин или условия работы кладки; m_k = 1 – для кладки без трещин; m_k =0.7 для кладки с трещинами, при этом трещины не должны превышать более 5 рядов по высоте. R_sw – расчётное сопротивление поперечных планок η – коэффициент, учитывающий условия работы планок, зависит от е и размеров сечения: η=1-4*е₀/h; m_μ – коэффициент эффективности хомутов, зависит от % армирования поперечными хомутами. m_μ=0,025μ/(1+2,5 μ); μ – процент поперечного армирования; μ=200Asw(h+b)/(hbS), % ≥0.1%, если меньше, то в расчёте обойма не учитывается.; S ≤ 50 см, S ≤ b, S ≤ h.; А – площадь общая сечения каменного элемента,; A_s – общая площадь сечения вертикальных уголков,

R_sc – расчётное сопротивление сжатию вертикальных уголков, зависит от схемы передачи нагрузки на вертикальные уголки.;Эффективный процент армирования μ = 0,5…1,5%, μ>0,1%.; ψ – коэффициент условий работы обоймы совместно с кладкой; ψ = 1-2е₀/h; h – размер сечения в направлении эксцентриситета; φ – коэффициент продольного изгиба, определяется как для неармированной кладки или неусиленной кладки. При стальных обоймах заполнение зазоров м.б. произведено 2 способами. 1.Наносится слой раствора на заранее подготовленные углы усиливаемого элемента, потом устанавливаются уголки, которые обжимаются в том и другом направлении. 2.Уголки устанавливаются с зазорами, которые обеспечивается деревянными клиньями с шагом 50-70см, и уголки закрепляются между собой временными планками или кондукторами с обжатием этих клиньев. В зазоры зачеканивается раствор. Стальные обоймы препятствуют поперечному расширению кладки, если они устанавливаются на ненагруженный элемент (элемент перед усилением надо максимально разгрузить ≈ 70% от полной действующей силы). Если разгрузить усиливаемый элемент не удается, то поперечные планки д.б. предварительно напряженными. Длина сварных швов д.б. не менее 50мм. Поэтому минимальный размер вертикальных уголков 50мм.

11. Усиление каменных конструкций методом инъекции. Усиление каменных стен анкерами и тяжами. Способ инъецирования заключается в нагнетании под давлением в повреждённую кладку жидкого цементного, полимерного или полимерцементного раствора, который заполняет трещины и пустоты в кладке, соединяя её в единый монолит, чем восстанавливается или повышается её несущая способность. В состав инъекционных растворов входит вяжущее (цемент или полимеры). Растворы могут быть с заполнителем (песком) или беспесчаными. Растворы должны обладать следующими свойствами:

- малым водоотделением; - необходимой вязкостью - требуемой прочностью при сжатии и сцеплением; - малой усадкой и необходимой морозостойкостью. Порядок выполнения работ. 1.Герметизация трещин. Штуцера вводятся в просверленное отверстие, а затем трещины изолируются от внешней среды раствором (если трещина сквозная заполнение идет с 2 сторон). 2.Приготовление растворов для инъекции с возможностью временного хранения. 3.Инъецирование раствора. Давление раствора при инъецировании 0,6МПа или 6 кг/см². Инъецирование начинается с нижнего штуцера. Заполняют пока раствор не начнет вытекать из следующего штуцера. Первый штуцер закрывают заглушкой. Начинают инъецировать раствор через следующий штуцер и т.д. Так заполняют всю трещину по длине. После инъецирования раствора штуцера можно удалить и использовать повторно. 4.Очистка оборудования. Полимерцементные растворы: время схватывания определяется по инструкции для данного полимера. Для растворов на основе цемента ≈ 5 суток. Способ инъецирования можно использовать отдельно, но наибольший эффект получается, если использовать его совместно с усилением обоймами. При этом коэффициент условий работы кладки m_k в расчёте несущей способности элементов усиленных обоймами принимается равным: m_k =1,1 – для цементных и полимерцементных растворов, m_k =1,3 – для полимерных растворов. При инъецировании необходимо обеспечивать мероприятия для предотвращения раскалывания кладки. Ее можно закрепить временными распорками, кондукторами или струбцинами, которые после затвердения раствора – удалить. Усиление каменных стен анкерами и тяжами. Тяжи могут быть напрягаемыми и ненапрягаемыми. Напрягаемые тяжи. Наличие трещин, особенно большой протяженности и ширины раскрытия, вызывают нарушение совместной работы продольных и поперечных стен здания, перекрытий со стенами, приводят к выпучиванию отдельных участков стен между трещинами и к потере их устойчивости, что может привести к разрушению. Тяжи размещаются в основном в уровне перекрытий или покрытий. Ненапрягаемые тяжи. Обычно применяют на отдельных участках зданий для обеспечения устойчивости участков стен, в том числе и разделенных трещинами или имеющих выпучивание.