22.Физикомеханические свойства материалов каменных и армокаменных конструкций

Каменная кладка состоит из искусственных или природных камней, объединенных с помощью раствора в монолит. Достоинством каменных конструкций является долговечность, прочность, огнестойкость, хорошая тепло и звукоизоляция, относительно низкая себестоимость.

К недостаткам можно отнести относительно большая масса и высокая трудоемкость.

Для повышения несущей способности кладку армируют.

В качестве каменных материалов используют штучные камни массой не более 40кг. К штучным материалам относят: кирпич керамический; керамические камни, природные камни правильной формы и бутовые (неправильной) формы.

По происхождению можно дать следующую классификацию:

- природные – добываемые в карьерах;

- искусственные – изготавливаемые путем обжига (керамический кирпич) и не обжигаемые – силикатные, шлаковые, бетонные.

По структуре:

- полнотелый кирпич и сплошные камни;

- пустотелый с пустотами различной формы.

Выпускают кирпич следующих размеров:

- одинарный – 250х120х65мм;

- утолщенный (полуторный) -250х120х88мм;

- двойной 250х120х138мм.

-блоки размеры разные

Основной характеристикой каменных материалов является их прочность - марка, сопротивление при сжатии. Марки камней изменяются в пределах 0,4 – 100МПа.

К каменным материалам предъявляют требования по прочности и по морозостойкости - количество циклов замораживания и оттаивания в водонасыщенном состоянии.

Раствором для каменных кладок служат цементные, известковые и смешенные. Характеристикой раствора является так же их марка – прочность при сжатии (кубик с ребром 7см).

Чаще всего используют растворы марок 10-100.

Для армирования кладки используют проволоку В-1 диаметром 3-8мм в виде сварных сеток.

Прочность кладки зависит от прочности камня и раствора, размеров камней и их формы, качества заполнения растворных швов и их сцепления с камнем.

Кирпич опирается не всей площадью на раствор а частично. В результате давление распределяется неравномерно вызывая изгиб, локальные напряжения, внецентренное сжатие и скалывание. Поперечные деформации раствора превышают поперечные деформации камней в результате возникают растягивающие напряжения. Из-за сложного напряженного состояния прочность кладки меньше прочности камня.

Прочность кладки на слабых растворах составляет 10-15% от прочности кирпича, при прочном растворе – 30-40%.

Основой характеристикой кладки является расчетное сопротивление сжатию - R, осевому растяжению R_t, растяжению при изгибе R_u, сопротивление срезу R_sh.

Расчетное сопротивление получается делением временного сопротивления на коэффициент безопасности равного 2.

Расчетное сопротивление кладки сжатию применяется при расчете столбов простенков, стен.

23.Расчет каменных конструкций.

Расчет каменных и армокаменных конструкций ведется по методу предельных состояний: первая группа – расчет по прочности и устойчивости; вторая – расчет по образованию трещин и деформациям.

Центральное сжатие

где N – расчетная продольная сила, m_g – коэффициент учитывающий увеличение прогиба вследствие ползучести; - коэффициент продольного изгиба, R – расчетное сопротивление кладки сжатию, А – площадь сечения элемента.

Коэффициенты m_g и  зависят от геометрии элементов, условий их закрепления упругих характеристик. Подбор сечения производят последовательным приближением, задаваясь предварительно сечением и свойствами кладки.

Внецентренное сжатие.

Продольная сила приложена с эксцентриситетом и характер напряженного состояния зависит от величины эксцентриситета:

- при малых e₀ все сечение сжато (рис.6,а);

- при увеличении эксцентриситета появляется растянута зона (рис.23.1,б);

- при больших эксцентриситетах появляются трещины и работает только часть сечения (рис.23.1,в).

Рис.23.1. Эпюры напряжений при внецентренном сжатии кладки и ее

расчетная схема

С учетом гибкости, длительности действия нагрузки условие прочности записывается

где А_С – площадь сжатой части сечения;

φ – коэффициент продольного изгиба для всего сечения с расчетной высотой l₀;

φ – коэффициент продольного изгиба для сжатой части сечения с фактической высотой сечения H;

для прямоугольного сечения

.

Для повышения несущей способности каменных конструкций их армируют:

-поперечное армирование сетками и т.д.;

-продольное армирование – с расположением арматуры в специальных пазах, бороздах и с заделкой их раствором, армирование путем включения железобетонных элементов;

-армирование путем охвата кладки стальными или железобетонными обоймами.

Сетчатое армирование применяют в негибких столбах с небольшими эксцентриситетами. Сетки препятствуют развитию поперечных деформаций тем самым создавая эффект обоймы.

При марке раствора 50 и выше расчетное сопротивление при центральном сжатии

,

где - коэффициент объемного армирования; А_st – площадь сечения стержней сетки, С – размер ячейки сетки, S – шаг сеток по высоте.

При внецентренном сжатии при марке раствора 50 и выше расчетное сопротивление кладки

,

где e₀ – эксцентриситет продольной силы, y – расстояние от ц.т. сечения до сжатой грани.