18 Основные факторы, влияющие на прочность кладки при сжатии. Прочность кирпичной кладки при растяжении, изгибе и срезе. Прочность кладки при местном сжатии.
При
центральном сжатии напряжения по сечению
элемента распределяются равномерно.
Разрушение таких элементов происходит
в зависимости от их гибкости: коротких
элементов — в результате исчерпания
прочностных свойств кладки (
),
длинных элементов — в результате потери
устойчивости при критических напряжениях
(
),
меньших предела прочности кладки R
.
Расчет
прочности центрально-сжатых элементов
каменных конструкций следует производить
по формуле
,
где N — расчетная продольная сила; m, —
коэффициент, учитывающий влияние прогиба
сжатых элементов на их несущую способность
при длительной нагрузке;
— коэффициент продольного изгиба; R —
расчетное сопротивление кладки сжатию;
А — площадь сечения элемента.
Коэффициент зависит от характеристики упругих свойств кладки а и гибкости элемента.
Коэфициент
отражает
влияние ползучести при длительном
действии нагрузки:
Где
-
коэффициент, зависящий от гибкости
элемента и принимается по таблице.
-
расчетная продольная сила от длительного
действия нагрузки.
Подбор сечений центрально. сжатых неармированных элементов производят с помощью последовательных приближений. 3а даваясь маркой и видом камня и раствора по нормам, находят расчетные сопротивления камня сжатию. Приняв в первом приближении mg=1, =0,9, по формуле вычисляют размеры столба или стены. По найденным размерам определяют гибкость элемента, затем по табл. 11.4 и формуле уточняют значения т„и у и производят повторный расчет.
Внецентренное сжатие.
На
внецентренное сжатие работают конструкции
каменных зданий, в которых продольная
сжимающая сила N приложена с эксцентриситетом.
Опыты показывают, что характер напряженного
состояния каменной кладки внецентренно
сжатых элементов в основном зависит от
эксцентриситета продольной силы e0. Пpи
небольших эксцентриситетах все сечение
сжато, эпюра напряжений имеет криволинейное
очертание. По мере увеличения
эксцентриситета сжимающие напряжения
со стороны, удаленной от силы, уменьшаются,
а затем меняют знак, т. е. на некоторой
части сечения возникает растяжение.
При достаточно больших эксцентриситетах
даже при малых нагрузках напряжения в
растянутой зоне элемента могут превысить
предельное сопротивление кладки
растяжению при изгибе и в растянутой
зоне появятся горизонтальные трещины,
распространяющиеся на некоторую глубину
t (). После образования трещины продолжает
работать под нагрузкой только часть
сечения высотой h — t. Эксцентриситет
приложения продольной силы N для этой
части сечения оказывается уменьшенным
на величину t/2, т. е. сечение работает в
условиях, приближающихся к центральному
сжатию. Поскольку сжимающие напряжения
распределены по сечению неравномерно,
временное сопротивление кладки сжатию
достигается первоначально в краевых
участках. Однако при этом несущая
способность не исчерпывается, так как
в наиболее нагруженных участках
вследствие ползучести развиваются
значительные деформации, и тогда
включаются в работу менее загруженные
участки сжатой зоны и тем самым повышают
ее временное сопротивление по сравнению
с временным сопротивлением при центральном
сжатии. Это повышение учитывается при
расчете коэффициентом
,
который для кирпичной кладки прямоугольного
сечения находят из выражения
;
при е=О (центральное сжатие)
=1.
Вследствие сложности напряженного состояния внецентренно сжатых элементов при расчете их прочности исходят из эмпирических формул, основанных на следующих допущениях: растянутая зона, если она имеется, исключается из работы, напряжения в сжатой зоне считаются распределенными равномерно (рис. 12.3). С учетом гибкости, длительности действия нагрузки и эффекта обоймы расчетное условие имеет вид
,
(12.3)
где N — расчетная продольная сила; R — расчетное сопротивление кладки сжатию; А, — площадь сжатой части сечения элемента при прямоугольной эпюре напряжений, определяемая из условия, что ее центр тяжести совпадает с точкой приложения продольной силы N.
Местное сжатие (смятие)
В случаях, когда опирание какой-либо конструкции происходит не по всему сечению каменной кладки стены, фундамента, а только по его части, имеет место местное сжатие кладки. Сопротивление каменной кладки местному сжатию больше чем осевому, т.к. прилегающие к нагруженному участку смежные незагруженные зоны препятствуют его деформации и тем самым увеличивают в той или иной его степени несущую способность. Расчетное сопротивление при смятие
где
(12.6)
R
— расчетное сопротивление кладки при
осевом сжатии; A
— площадь смятия (местного сжатия), на
которую передается нагрузка (рис. 12.4);
А — расчетная площадь сечения при
местном сжатии;
— коэффициент, учитывающий максимально
допустимое увеличение
— по отношению к R, зависящий от материала
кладки и места приложения нагрузки,
колеблется в пределах от 1 до 2. Несущую
способность элемента при местном сжатии
проверяют по формуле
где
Nloc –продольная сжимающая сила от местной
нагрузки,
-
коэффициент полноты эпюры давления от
местной нагрузки: при равномерном
распределении давления (передача
нагрузки через распределительную плиту)
=1, при треугольной эпюре (передача
нагрузки через слой раствора)
=0,5; d — коэффициент, учитывающий
пластическую работу материала, для
кирпичной и виброкирпичной кладки d=
1,5 — 0,5
.
Если
под опорами огибаемых элементов не
требуется установка распределительных
плит, то допускается принимать без
специального расчета
=0,75
(для кладок из полнотелого кирпича,
сплошных камней и крупных блоков из
тяжелого бетона).
При совместном действии местной (опорные реакции балок, ферм и др.) и основной нагрузок (вес вышележащей кладки и нагрузка, передающаяся на эту «ладку) расчет на смятие производят раздельно: сначала только на местную нагрузку, потом — на сумму местной и основной нагрузок.
Изгиб
На изгиб работают наружные стены многоэтажных зданий при действии ветровой нагрузки, наружные плиты контрфорсных подпорных стен и другие элементы. расчет каменной кладки на изгиб производят, исходя из предположения ее упругой работы:
(12.8)
где
М — расчетный изгибающий момент; R
—
расчетное сопротивление кладки растяжению
при изгибе по перевязанному сечению
(см. табл. 11.2); W — момент сопротивления
сечения кладки при упругой ее работе.
На действие поперечной силы изгибаемые
элементы рассчитывают по формуле
где R — расчетное сопротивление кладки главным растягивающим напряжениям при изгибе; z — плечо внутренней пары сил, для прямоугольного сечения z=2/3h; Ь и h — размеры сечения. Проектирование элементов каменных конструкций, работающих на изгиб по неперевязанному сечению, не допускается.
Растяжение и срез
Каменные конструкции, работающие на осевое растяжение (например, стенки круглых резервуаров, силосов и других емкостей), рассчитывают на прочность по формуле
N<
где
N — расчетная осевая сила при растяжении;
—
расчетное сопротивление кладки
растяжению; А„— расчетная площадь
сечения «нетто», т. е. за вычетом пустот
в камнях.
Проектирование элементов каменных конструкций, работающих на осевое растяжение по неперевязанному шву, не допускается.
На срез по горизонтальному шву работают, например, элементы каменной кладки, воспринимающие распор от затяжки сводов. Сопротивление каменной кладки срезу по горизонтальным неперевязанным швам складывается из собственной несущей способности