1.5. 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.

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 и т. 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.