Міцнісні й деформативні характеристики кам’яної кладки

Камінь й розчин у навантаженій кам’яній кладці находиться у складному напруженому стані. Камінь одночасно піддається місцевому стиску, зрізу, вигину й розтягу. Основними причинами такого стану є нерівномірний розподіл стискаючих напружень, відсутність контакту каменя з розчином й різниця в їх деформаційних властивостях. З цієї причини в поперечному напрямку стиснутої кладки розчин зазнає стискаючі, а камінь – розтягуючи напруження.

Розрізняють чотири стадії роботи кам’яної кладки під короткочасним стискаючим навантаженням. Перша стадія відповідає такому напружено-деформуючому її стану, при якому тріщини у камені відсутні, так як при стискуючих напруженнях σ ≥ σ сrс . При застосуванні розчину невеликої щільності напруження, при якому утворюються перші тріщини у кладці, становлять сrс ms σ = )5,0...3,0( f , де fms − тимчасовий опір кам’яної кладки при стиску. Для кладки на змішаних розчинах сrс ms σ = )7,0...5,0( f , для старої кладки на щільному цементному розчині напруження сrс ms σ = )8,0...7,0( f .

Друга стадія роботи кладки під навантаженням характеризується напруженнями σ = σ сrс .

Третя стадія є проміжною між стадіями утворення першої тріщини й руйнування кладки. Збільшення навантаження у даній стадії призводить до розвитку старих та виникненню нових тріщин у камені, а також їх об'єднання між собою і з вертикальними швами. Це призводить до розподілу кладки на окремі гнучкі стовпчики .

Четверта стадія відповідає руйнуванню кладки після того, як ріст тріщин починає прогресувати при постійному навантаженню . Руйнування кладки відбувається внаслідок втрати стійкості тонких позацентрово-стиснутих стовпчиків.

Міцність на стиск цегляної кладки оцінюється тимчасовим опором зразка порівняно невеликої величини. Наприклад, поперечний переріз зразків цегляної кладки 38 – 38 та 38 х 51 см. Згідно з75 емпіричною формулою, запропонованою Л.І. Оніщиком, тимчасовий опір кам’яної кладки на стиск

fи = f1 ω [1−⋅⋅ β1 / β 2 + 5,0 ⋅ f1 / f2 ]⋅η .

Тут 1 f і f2 − тимчасовий опір на стиск відповідно каменю й розчину; ω = 6,0...4,0 − коефіцієнт, характеризуючи максимально можливу міцність кладки; β1 та β 2 − коефіцієнти, залежні від виду кладки (для цегляної кладки – 2,0 β1 = і 3,0 β 2 = ); η = 1...75,0 − поправочний коефіцієнт для кладок на розчинах низької міцності.

З виразу видно, що зі збільшенням міцності розчину 2 f інтенсивність зросту тимчасового опору и f швидко затухає. Тому нераціонально застосовувати розчини високої міцності, особливо для звичайної стінової кам’яної кладки.

Армування цегляної кладки: особливості

Для того щоб цегляна кладка була найбільш міцною використовують армування, як процес, що збільшує несучу здатність і стійкість з'єднання до кутів стін, які примикають один до одного. Для цього на розчин у шви встановлюють сталеву арматуру, яка затискається в швах під дією стискаючих сил. Завдяки гарному зчепленню з розчином і силам тертя діє як одне єдине ціле з усією кладкою.

Види армування:

• Поперечне (сітчасте);

• Вертикальне;

• Поздовжнє.

Поперечне армування роблять окремими стержнями або сталевою сіткою. Стрижні перешкоджають руйнуванню цегли при розтягуванні і вигині. При стисканні кладки стрижні сприймають поперечні розтягуючі зусилля і збільшують несучу здатність стислого елементу.

При виробництві самої сітки використовують зварювання або перев'язку в'язальним дротом на місці для з'єднання стрижнів. Де відстань між прутками становить від 30 до 120 мм. У суміжних швах не можна взаємно перпендикулярно укладати окремі стрижні замість сіток.

Також важливе значення має товщина. Використання арматури великих діаметрів призвело б до зниження міцності всієї кладки і збільшення товщини горизонтальних швів.

Стіни, стовпи і простінки армують кладочної зварною сіткою зигзагоподібної, прямокутної або квадратної форми. Така сітка має вигляд зварної сітки, яка виготовляється шляхом зварювання стрижнів, розташованих перпендикулярно один одному.

Як відомо, така металева сітка схильна до корозії, саме тому її утапливают у розчин, товщиною не менше 2-х мм. Вся товщина шва становить не менше 14 мм (з них приблизно 5 мм на саму сітку).

Укладають арматурні прямокутні сітки через кожні п'ять рядів кладки, зигзагоподібні сітки – роблять в суміжних двох рядах попарно, таким чином щоб в них був взаємно перпендикулярним напрямок прутків. При потовщеному цеглі прямокутні сітки роблять через чотири ряди в кладці.

ертикальним і поздовжнім армуванням цегляної кладки користуються в спорудах, які схильні сейсмічним впливам.

Дане армування робить більш міцною конструкцію і підвищує стійкість. Використовують його в тонких стінах, стовпах та перегородках в згинальних та поза ровий стиск конструкціях для сприйняття розтягуючих зусиль.

Сітки даного виду повинні бути розміщені таким чином і мати такі розміри, щоб на 2-3 міліметра прутики виступали за одну із внутрішніх поверхонь стовпа або простінка. Таким чином, це служить орієнтиром того, що арматура покладена в кладці.

Використовується поздовжнє армування часто для посилення перегородок і цегляних стін, для більшої їх міцності на вигин і бічні навантаження. У цьому випадку арматура розташовується уздовж кладки для посилення поздовжніх швів. Таке армування може проходити як всередині кладки, так і зовні. У будь-якому випадку елементи армування закріплюються між собою за допомогою зварювання і додатково зшиваються з цегляною кладкою поперечними пруткам і анкерами.

Часто для посилення колон, виконаних з цегли, немає можливості розмістити арматуру всередині або для зовнішнього армування доводиться збільшувати розмір колони.

Щоб не йти від заданих розмірів, використовується вертикальне армування за допомогою куточків, розташованих по кутах колони і зварених між собою поперечними перемичками. У цьому випадку армування не тільки посилить саму кладку, а й переймає на себе частину навантажень, які несе конструкція. Такий спосіб посилення застосуємо і для стін.