|
Каменная кладка является
неоднородным телом, состоящим из камней, вертикальных и горизонтальных швов,
заполненных раствором. Прочность кладки зависит от прочности камня и
прочности раствора, а также от качества выполнения кладки и других факторов.
1. Напряженное состояние кладки. Анализ работы кладки при
осевом сжатии показывает, что вертикаль
ные швы в работе не участвуют, так- как при твердении
раствор дает усадку, сцепление раствора с камнем нарушается и вертикальные
швы можно рассматривать как узкие щели, у концов которых происходит
концентрация напряжений, что и приводит к некоторому снижению прочности
кладки.
Нагрузка от вышележащих к нижележащим рядам кладки
передается через горизонтальные швы. Передача нагрузки происходит
неравномерно по всему сечению, так как плотность и жесткость затвердевшего
раствора по длине и ширине шва неодинакова и опорные плоскости камней имеют
неровности. Поэтому передача усилий от камня к камню, от кирпича к кирпичу (
14.1) происходит не по всей плоскости опирания, а по отдельным точкам
плотного соприкосновения раствора с камнем. В результате этого камни
подвергаются не только сжатию, но также изгибу и срезу.
При сжатии кладки возникают поперечные деформации в
камнях и в горизонтальных швах. Причем деформации раствора, как правило,
больше деформаций камня. Благодаря сцеплению свободные поперечные деформации
камня и раствора невозможны. Поэтому по плоскостям соприкосновения камня н
раствора появляются касательные усилия, вызывающие растяжение камня.
Растягивающие усилия будут тем больше, чем слабее
раствор. Поэтому кладка на свежеуложенном растворе имеет
наименьшую прочность.
Различают четыре -стадии работы кирпичной кладки при
сжатии ( 14.2). Стадия I соответствует нормальной работе кладки без появления
каких-либо повреждений. С увеличением нагрузки в отдельных кирпичах
образуются местные вертикальные трещины, распространяющиеся по высоте
элемента на один — три ряда > кладки. Это соответствует II стадии
работы кладки. Во
v II стадии трещины еще не опасны, так как при
неизмен
ной нагрузке они дальше не развиваются. Появление первых
трещин — это сигнал опасности, но не бедствия, указывающий, что дальше
увеличивать нагрузку недопустимо. Особенно опасна II стадия для кладки,
выполненной на растворах высокой прочности (марок 50 и выше), так как
напряжения в такой кладке составляют уже 70—80% предельных (разрушающих).
При дальнейшем увеличении нагрузки отдельные вертикальные
трещины развиваются по высоте и соединяются между собой, расчленяя элемент на
отдельные столбики. Такое состояние кладки характеризуется III стадией
работы. Напряжения в кладке достигают 80— 90% предела прочности. Стадия IV
соответствует моменту разрушения кладки, когда образовавшиеся при развитии
трещин в стадии III вертикальные столбики разрушаются от потери устойчивости.
2. Прочность кладки. Развитие трещин по высоте кладки,
расчленение ее на отдельные гибкие столбики, которые выпучиваясь теряют
устойчивость и приводят к разрушению кладки, показывают, что предельная
прочность кладки на сжатие (временное сопротивление) R всегда меньше
прочности камня Ri, какой бы высокой прочности ни был раствор
Из многочисленных опытов установлено, что на прочность
кладки при сжатии влияют многие факторы: прочность и размеры камня,
правильность формы камня, пустоты в камнях, прочность раствора и его
удобоуклады- ваемость, пластические свойства (деформативность) затвердевшего
раствора, качество кладки, перевязка кладки и др. Главнейшие из них (вид
кладки, прочность камня и раствора) учитываются непосредственно в формулах
определения прочности кладки, а другие — в требованиях выполнения кладки.
Для кладки из крупных легкобетонных блоков принимают /4 =
0,8, а из блоков тяжелого бетона — А = 0,9.
В СНиП значения R даны для разных видов кладок раздельно с
учетом понижающих коэффициентов при кладке на растворах ниже марки 10 (4, 2 и
нулевой). На графиках 14.3 даны значения коэффициента А и временных
сопротивлений R для некоторых видов кладки.
Следует отметить, что с увеличением высоты камня
уменьшается влияние марки раствора на прочность кладки. Влияние прочности
раствора очень велико для кладок из камней неправильной формы (рваного бута,
камней грубой тески и др.). Резкое снижение прочности кладки (в 1,5—3 раза)
выявлено на растворах низкой прочности (4, 2 и нулевой), т. е. в кладках на
свежеуложенном и только начинающем твердеть растворе, а также в зимней кладке
в момент оттаивания. Эти факторы необходимо учитывать при проектировании
каменных конструкций и при их возведении.
3. Деформативные свойства кладки при сжатии. Известно, что
для идеально упругих тел (например, для стали) зависимость между напряжениями
о и относительными деформациями е выражается в соответствии с законом Гука
прямой линией; отношение а/е постоянно; называется оно модулем упругости
Кладка не является упругим телом, она неоднородна. Под
действием нагрузки в ней развиваются упругие еу и пластические деформации еп,
причем доля пластических деформаций (необратимых) с увеличением нагрузки резко
возрастает.»Зависимость между напряжениями о и деформациями е выражается
кривой линией с самого начала координат ( 14.4). Так как модуль упругости
имеет постоянную величину только в начальной точке (в начале координат) или
вблизи нее, а в дальнейшем он переменный, принято характеризовать начальное
положение при напряжениях до 0,2 R начальным модулем упругости £о, а
при больших напряжениях — модулем деформаций Е.
|