Характер напруженого стану кладки
Камінь і розчин у кладці перебувають в умовах складного напруженого стану (рис. 2.1, 2.2, 2.3), тому що в поперечних і похилих перерізах кам’яних конструкцій одночасно виникають позацентровий і місцевий стиск, згин, зріз, розтяг.
Рис. 2.1. Схема напруженого стану цегляної кладки
| Рис. 2.2. Напружений стан каменю і розчину внаслідок різних деформативних властивостей | Рис. 2.3. Концентрація напружень у бутовій кладці |
Це пояснюється тим, що щільність і жорсткість розчину за довжиною і шириною шва внаслідок впливу різних факторів (нерівномірність водовіддачі, усадка, нерівномірне розкладання муляром розчину, наявність вертикальних швів, пустот у горизонтальних і вертикальних швах) неоднорідні, а також тим, що передача зусиль із верхніх каменів на нижні внаслідок тих же причин відбувається не лише у вертикальному, а й у горизонтальному і похилому напрямках.
У роботі кам’яної або цегляної кладки від початку прикладання навантаження до руйнування розрізняють чотири стадії напружено-деформованого стану. Перша стадія (рис. 2.4, а) відповідає нормальній експлуатації кладки, коли зусилля, що виникають у ній від навантаження, не викликають видимих пошкоджень.
Друга стадія роботи кладки характеризується появою на окремих ділянках невеликих тріщин (рис. 2.4, б). Навантаження N становить 60-80 % від руйнівного. Якщо навантаження не зростає, то подальший розвиток тріщин не спостерігається.
На третій стадії, при збільшенні навантаження, виникають нові та розвиваються старі тріщини, які з’єднуються між собою, перетинаючи значну частину кладки у вертикальному напрямку (рис. 2.4, в). При тривалій дії такого навантаження, навіть без його зростання, розвиваються значні пластичні деформації і поступово продовжується подальший розвиток тріщин, які розшаровують кладку. Третя стадія неминуче переходить у четверту – стадію руйнування від втрати стійкості розшарованої тріщинами кладки (рис. 2.4, г).
а б в г
Рис. 2.4. Стадії роботи кладки при стисканні
На міцність кладки впливає марка каменю або цегли, марка розчину та його водоутримувальна здатність, розміри, форма і характер поверхні каменю, вид кладки, спосіб перев’язки швів тощо.
Міцність на стиск кладки з каменів правильної форми з перев’язаними швами більша, ніж із каменів неправильної форми або при незаповнених і неперев’язаних швах. Навіть при дуже міцному розчині міцність кладки завжди буде меншою від міцності каменю (цегли) при стиску.
Середню міцність кладки на стиск визначають за емпіричною формулою професора Л.І.Онищика:
, МПа, (2.1)
де А -конструктивний коефіцієнт, який становить:
,
тут: – межа міцності каменю на стиск, МПа;
– межа міцності розчину на стиск, МПа;
а, b – емпіричні коефіцієнти;
m, n – коефіцієнти, залежать від виду кладки (табл. 2.1);
h – поправний коефіцієнт, що вводиться при низьких марках розчину, його величина коливається (для цегляної кладки в межах 0,75 ... 1,0) .
Із формули (2.1) видно, що зростання міцності кладки з підвищенням марки розчину затухає, і навіть при = ¥ міцність кладки = A < . Тому використовувати розчини високих марок (понад 75) для звичайних кладок не економічно.
У деяких випадках кладка може працювати на розтяг за неперев’язаним перерізом, наприклад, у позацентрово стиснутих стінах або простінках (рис. 2.5, а) або за перев’язаним перерізом, наприклад, у круглих резервуарах, силосах чи інших спорудах (рис. 2.5, б).
Таблиця 2.1
Значення емпіричних коефіцієнтів, що характеризують міцність кладки залежно від її виду
| Види кладки | Коефіцієнт | |||
| a | в | m | n | |
| 1. Із цегли, керамічних блоків і каміння правильної форми, висотою ряду 50-150 мм 2. Із суцільних каменів правильної форми, висота ряду 180-360 мм 3. Те ж, з порожнистих каменів 4. Із суцільних крупних блоків з висотою ряду понад 500 мм 5. Із рваного бутового каменю | 0,20 0,15 0,15 0,09 0,20 | 0,30 0,30 0,30 0,30 0,25 | 1,25 1,10 1,50 1,10 2,50 | 3,0 2,5 2,5 2,0 8,0 |
Руйнування за неперев’язаним перерізом у більшості випадків відбувається у площині контакту каменю і розчину в горизонтальних швах. Руйнування кладки за перев’язаним перерізом відбувається або по розчину, або по каменю і розчину одночасно.
а б
Рис. 2.5. Схеми руйнування розтягнутої кладки:
а – за неперев’язаним швом; б – за перев’язаним швом
Розрахункові опори кладки
Розрахункові опори кладки R визначають, поділивши середнє очікуване значення межі міцності кладки на коефіцієнт надійності k = 2...2,5, який враховує як статистичні дані, так і інші фактори, що можуть викликати несприятливі відхилення межі міцності кладки від найімовірніших значень.
Розрахункові опори кладки залежно від виду та марки каменю і розчину для різних силових впливів наведені в таблицях 2.2 – 2.14.
Таблиця 2.2
Розрахункові опори R, МПа, стиску кладки з цегли усіх видів і керамічного каменю з вертикальними порожнинами шириною до 12 мм при висоті ряду кладки 50. . .150 мм на важких розчинах
| Марка цегли або каменю | Марка розчину | Міцність розчину | ||||||||
| 0,2 | ||||||||||
| 3,9 3,6 3,2 2,6 — — — — — | 3,6 3,3 3,0 2,4 2,2 2,0 — — — | 3,3 3,0 2,7 2,2 2,0 1,8 1,5 — — | 3,0 2,8 2,5 2,0 1,9 1,7 1,4 1,1 0,9 | 2,8 2,5 2,2 1,8 1,7 1,5 1,3 1,0 0,8 | 2,5 2,2 1,8 1,5 1,4 1,3 1,1 0,9 0,7 | 2,2 1,9 1,6 1,3 1,2 1,0 0,9 0,7 0,6 | 1,8 1,6 1,4 1,2 1,1 0,9 0,7 0,6 0,45 | 1,7 1,5 1,3 1,0 0,9 0,8 0,6 0,5 0,4 | 1,50 1,30 1,00 0,80 0,70 0,60 0,50 0,35 0,25 |
Примітки: 1. Розрахункові опори кладки на розчинах марок від 4 до 50 необхідно зменшувати, застосовуючи понижувальні коефіцієнти: 0,85 - для кладки на жорстких цементних розчинах без добавок вапна або глини, легких і вапняних розчинах у віці до 3 місяців; 0,9 - для кладки на цементних розчинах без вапна і глини з органічними пластифікаторами. Зменшувати розрахунковий опір стиску не потрібно для кладки вищого ґатунку, коли шов виконують розчином в рамку з вирівнюванням і ущільненням розчину рейкою. У проекті вказують марку розчину для звичайного мурування і для кладки підвищеного ґатунку. 2. Позначення марок каменю та розчину тут і далі, згідно з нормами [26], наведено у кгс/см2.
Розрахункові опори стиску кладки з порожнистої керамічної цегли з вертикальними прямокутними порожнинами шириною 12-16 мм і квадратними порожнинами перерізом 20´20 мм порожнистістю 20-35% при висоті ряду кладки 77-100 мм необхідно приймати за табл. 2.2 із понижувальними коефіцієнтами: на розчині М100 і вище – 0,90; на розчині М75, М50 – 0,80; на розчині М25, М10 – 0,75; при міцності розчину 0 - 0,4 МПа – 0,65.
Таблиця 2.3
Розрахункові опори R, МПа стиску кладки з керамічних каменів порожнистістю 48-50% зі щілинними вертикальними порожнинами шириною 8-10 мм при висоті ряду кладки
200-250 мм на важких розчинах
| Марка каменю | Марка розчину | Міцність розчину | ||||||||
| 0,2 | ||||||||||
| 2,5 | 2,4 | 2,3 | 2,2 | 2,1 | 1,9 | 1,6 | 1,4 | 1,3 | 1,0 | |
| 2,2 | 2,1 | 2,0 | 1,9 | 1,8 | 1,6 | 1,4 | 1,2 | 1,1 | 0,9 | |
| ‑ | ‑ | 1,6 | 1,5 | 1,4 | 1,3 | 1,1 | 1,0 | 0,9 | 0,7 |
Таблиця 2.4
Розрахункові опори R, МПа, стиску віброцегляної кладки на важких розчинах
| Марка цегли | Марка розчину | ||||
| 5,6 5,2 4,8 4,0 3,6 3,1 ‑ | 5,3 4,9 4,5 3,7 3,3 2,9 2,5 | 4,8 4,4 4,0 3,3 3,0 2,7 2,3 | 4,5 4,1 3,6 3,1 2,9 2,6 2,2 | 4,2 3,7 3,3 2,7 2,5 2,3 2,0 |
примітки: 1. Розрахункові опори стиску цегляної кладки, провіброваної на вібростолах, визначають за таблицею з урахуванням коефіцієнта 1,05. 2. Розрахункові опори стиску віброцегляної кладки завтовшки понад 300 мм визначають за таблицею з урахуванням коефіцієнта 0,85.
Розрахункові опори таблиці 2.4 характеризують ділянки кладки шириною ≥400 мм. У самонесучих і ненесучих стінах допускаються ділянки 250-380 мм, при цьому розрахункові опори кладки визначають за таблицею 2.4 з урахуванням коефіцієнта 0,8.
Таблиця 2.5
Розрахункові опори R, МПа, стиску кладки з крупних суцільних блоків із бетонів усіх видів і блоків із природного каменю пилених або чисто тесаних при висоті кладки 500 . . .1000 мм
| Клас бетону | Марка каменю | Марка розчину | Нульова міцність розчину | ||||||
| — — — — В30 В25 В20 В15 | 17,9 15,2 12,8 11,1 9,3 7,5 6,7 5,4 | 17,5 14,8 12,4 10,7 9,0 7,2 6,4 5,2 | 17,1 14,4 12,0 10,3 8,7 6,9 6,1 5,0 | 16,8 14,1 11,7 10,1 8,4 6,7 5,9 4,0 | 16,5 13,8 11,4 9,8 8,2 6,5 5,7 4,7 | 15,8 13,3 10,9 9,3 7,7 6,2 5,4 4,3 | 14,5 12,3 9,9 8,7 7,4 5,7 4,9 4,0 | 11,3 9,4 7,3 6,3 5,3 4,4 3,8 3,0 | |
| В12,5 В7,5 В5 В3,5 В2,5 В2 | 4,6 — — — — — | 4,4 3,3 — — — — | 4,2 3,1 2,3 1,7 — — | 4,1 2,9 2,2 1,6 — — | 3,9 2,7 2,1 1,5 1,1 0,9 | 3,7 2,6 2,0 1,4 1,0 0,8 | 3,4 2,4 1,8 1,2 0,9 0,7 | 2,40 1,70 1,30 0,85 0,60 0,50 |
Примітки:1. Розрахункові опори стиску кладок із крупних блоків висотою понад 1000 мм приймають із коефіцієнтом 1,1.
2. Розрахункові опори стиску кладки з крупних бетонних блоків і блоків із природного каменю, шви у якій виконані з розчину під рамку з розрівнюванням і ущільненням рейкою (що оговорено в проекті), допускається приймати з коефіцієнтом 1,2.
3. Класи бетону слід приймати за табл.1 СТ СЕВ 1406-78. За марку блоків із природного каменю слід приймати межу міцності на стиск МПа (кгс/см2), еталонного зразка-куба, випробуваного згідно з вимогами ГОСТ 10180-78 і ГОСТ 8462-75.
Таблиця 2.6
Розрахункові опори R, МПа, стиску кладки з суцільних
бетонних і природних каменів пилених або чисто тесаних при висоті ряду 200 - 300 мм
| Марка каменю | Марка розчину | Міцність розчину | ||||||||
| 0,2 | ||||||||||
| 13,0 11,0 9,0 7,8 6,5 5,8 4,0 3,3 2,5 — — — — — | 12,5 10,5 8,5 7,3 6,0 4,9 3,8 3,1 2,4 — — — — — | 12,0 10,0 8,0 6,9 5,8 4,7 3,6 2,9 2,3 1,9 1,5 — — — | 11,5 9,5 7,8 6,7 5,5 4,5 3,5 2,8 2,2 1,8 1,4 — — — | 11,0 9,0 7,5 6,4 5,3 4,3 3,3 2,6 2,0 1,7 1,3 1,0 0,8 — | 10,5 8,5 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,4 1,8 1,5 1,2 0,95 0,75 0,5 | 9,5 8,0 6,0 5,3 4,5 3,7 2,8 2,2 1,7 1,4 1,0 0,85 0,65 0,45 | 8,5 7,0 5,5 4,8 4,0 3,3 2,5 2,0 1,5 1,2 0,9 0,7 0,55 0,38 | 8,3 6,8 5,3 4,6 3,8 3,1 2,3 1,8 1,3 1,1 0,8 0,6 0,5 0,35 | 8,0 6,5 5,0 4,3 3,5 2,8 2,0 1,5 1,0 0,8 0,6 0,45 0,35 0,25 |
Примітки: 1. Розрахункові опори кладки з суцільних шлакобетонних каменів приймають із коефіцієнтом 0,8. 2. Гіпсобетонні камені використовують лише для мурування стін терміном служби 25 років, розрахункові опори приймають за даною таблицею із коефіцієнтами: 0,7 - для мурування зовнішніх стін у зонах із сухим кліматом; 0,5 - у зонах із вологим кліматом; 0,8 - для внутрішніх стін. 3. Розрахункові опори кладки з бетону і природних каменів марок 150 і вище з рівними поверхнями і допусками у розмірах ± 2 мм, при товщині швів до 5 мм, виконаних на цементних пастах або клейових сумішах, допускається приймати за даною таблицею із коефіцієнтом 1,3.
Розрахункові опори стиску кладки з силікатної порожнистої цегли завтовшки 88 мм і каменів завтовшки 138 мм приймають за табл. 2.2 із коефіцієнтами: 0,85 – на розчинах міцністю 0 – 0,2 МПа; 0,9 – на розчинах марок 4, 10; 1,0 – на розчинах марок 25 і вище.
Таблиця 2.7
Розрахункові опори R, МПа, стиску кладки з порожнистих бетонних каменів при висоті ряду кладки 200. . .300мм
| Марка каменю | Марка розчину | Міцність розчину | ||||||
| 0,2 | ||||||||
| 2,70 2,40 2,00 1,60 1,20 — — — | 2,60 2,30 1,80 1,50 1,15 1,00 — — | 2,40 2,10 1,70 1,40 1,10 0,90 0,70 — | 2,20 1,90 1,60 1,30 1,00 0,80 0,65 0,45 | 2,00 1,70 1,40 1,10 0,90 0,70 0,55 0,40 | 1,80 1,60 1,30 1,00 0,80 0,60 0,50 0,35 | 1,70 1,40 1,10 0,90 0,70 0,55 0,45 0,30 | 1,3 1,1 0,9 0,7 0,5 0,4 0,3 0,2 |
Примітка: Розрахункові опори стиску кладки з порожнистих шлакобетонних каменів, гіпсобетонних порожнистих каменів потрібно зменшувати згідно приміток 1, 2 до табл. 2.6.
Таблиця 2.8
Розрахункові опори R, МПа, стиску кладки з природних каменів низької міцності правильної форми пилених і чисто тесаних
| Вид кладки | Марка каменю | Марка розчину | Міцність розчину | |||
| 0,2 | ||||||
| З природного каменю при висоті ряду до 150 мм | 0,60 0,40 0,30 0,25 | 0,45 0,35 0,25 0,20 | 0,35 0,25 0,20 0,18 | 0,30 0,20 0,18 0,15 | 0,20 0,13 0,10 0,07 | |
| Те ж, при висоті ряду 200...300 мм | 0,38 0,28 — | 0,33 0,25 0,15 | 0,28 0,23 0,14 | 0,25 0,20 0,12 | 0,20 0,12 0,08 |
Примітка: Розрахункові опори стиску кладки з цегли-сирцю і ґрунтового каменю приймають за даною таблицею із коефіцієнтами: 0,7 – для кладки зовнішніх стін у зонах із сухим кліматом; 0,5 – те ж, у інших зонах; 0,8 – для кладки внутрішніх стін. Цеглу-сирець і ґрунтове каміння дозволяється застосовувати лише для стін будівель із проектним терміном служби до 25 років.
Таблиця 2.9
Розрахункові опори R, МПа, стиску бутової кладки з рваного буту
| Марка каменю | Марка розчину | Міцність розчину | ||||||
| 0,2 | ||||||||
| 2,50 2,20 2,00 1,80 1,50 1,30 1,10 0,90 0,75 — — — | 2,20 2,00 1,70 1,50 1,30 1,15 1,00 0,80 0,70 — — — | 1,80 1,60 1,40 1,30 1,10 0,95 0,80 0,70 0,60 0,45 0,36 0,30 | 1,20 1,00 0,90 0,85 0,80 0,70 0,60 0,55 0,50 0,35 0,29 0,25 | 0,80 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,25 0,22 0,20 | 0,50 0,45 0,40 0,38 0,33 0,30 0,28 0,25 0,23 0,20 0,18 0,15 | 0,40 0,33 0,30 0,27 0,23 0,20 0,18 0,17 0,15 0,13 0,12 0,10 | 0,33 0,28 0,22 0,18 0,15 0,12 0,08 0,07 0,05 0,03 0,02 0,02 |
Примітки: 1. Наведені в даній таблиці розрахункові опори бутової кладки дано у віці 3 місяців. При цьому марка розчину визначена у віці 28 діб. Для кладки у віці 28 діб подані розрахункові опори слід брати з коефіцієнтом 0,8. 2. Для кладки з постелистого бутового каменю розрахункові опори множать на коефіцієнт 1,5. 3. Розрахункові опори бутової кладки фундаментів, засипаних з усіх боків ґрунтом, допускається підвищувати: при муруванні з подальшою засипкою пазух котловану ґрунтом - на 0,1 МПа; при муруванні в траншеях „у розпір” із недоторканим ґрунтом і при надбудовах - на 0,2 МПа.
Таблиця 2.10
Розрахункові опори R, МПа, стиску невіброваного бутобетону
| Вид бутобетону | Клас бетону | |||||
| В15 | В12,5 | В7,5 | В5 | В3,5 | В2,5 | |
| Із рваним бутовим каменем марки: - 200 і вище - 100 - 50 або з боєм цегли | – – | 3,5 – – | – – | 2,5 2,2 2,0 | 2,0 1,8 1,7 | 1,7 1,5 1,3 |
Примітка: При вібруванні бутобетону розрахункові опори стиску беруть із коефіцієнтом 1,15.
Розрахункові опори кладки на стиск (табл. 2.2 – 2.10) множать на коефіцієнт умов роботи gс , який становить:
| 0,60 – | для елементів круглого перерізу, виготовлених зі звичайної нелекальної цегли без підсилення сітками; |
| 0,70 – | для кладки з блоків і каменів із неавтоклавних ніздрюватих бетонів; |
| 0,80 – | для колон і простінків площею перерізу 0,3м2 і менше; |
| для кладки з блоків і каменів із крупнопористих і автоклавних ніздрюватих бетонів; | |
| 0,85 – | для кладки із силікатної цегли на розчині з добавками поташу; |
| 0,90 – | для кладки з блоків і каменів із автоклавних ніздрюватих і силікатних бетонів класів за міцністю понад В25; |
| 1,10 – | для крупних блоків і каменів, виготовлених із важких бетонів і з природного каменю при g ³ 18,0 кН/м3; |
| 1,15 – | для кладки після тривалого періоду твердіння розчину (понад 1 рік). |
Для зимової кладки, виконуваної способом заморожування, вводять спеціальний коефіцієнт gс1 (табл. 2.11):
Таблиця 2.11
Значення коефіцієнтів умов роботи для зимової кладки
| Вид напруженого стану зимової кладки | Коефіцієнт умов роботи | |
| кладки gс1 | сітчастої арматури gсs1 | |
| Стиск затвердлої цегляної кладки (після відтавання) | 1,0 | - |
| Те ж, бутової кладки з постелистого каменю | 0,8 | - |
| Розтяг, згин, зріз затвердлої кладки усіх видів по швах розчину | 0,5 | - |
| Стиск кладки з сітчастим армуванням, споруджуваної методом заморожування у стадії відтавання | - | 0,5 |
Закінчення таблиці 2.11
| Стиск кладки з сітчастим армуванням, споруджуваної методом заморожування у стадії після відтавання | - | 0,7 |
| Те ж, споруджуваної на розчинах із протиморозними домішками при твердінні на морозі та міцності розчину не менше 1,5 МПа (15 кгс/см2) у момент відтавання | - | 1,0 |
Розрахункові опори стиску кладки з крупних порожнистих бетонних блоків різних типів встановлюють за експериментальними даними. За відсутності таких даних розрахункові опори слід приймати за табл. 2.7 з коефіцієнтами:
· 0,9 - при порожнистості блоків ≤ 5 %;
· 0,5 - при порожнистості блоків ≤ 25%;
· 0,25 - при порожнистості блоків ≤ 45%,
де відсоток порожнистості визначають у середньому горизонтальному перерізі. Для проміжних значень відсотка порожнистості вказані коефіцієнти слід визначати інтерполяцією.
Розрахункові опори стиску кладки з природного каменю, вказані у табл. 2.5, 2.6 і 2.8, слід застосовувати з коефіцієнтами:
- 0,8 - для кладки з каменів напівчистого тесання (виступи до 10 мм);
- 0,7 - для кладки з каменів грубого тесання (виступи до 20 мм).
Розрахункові опори стиску кладки з цегли-сирцю і ґрунтових каменів слід приймати за табл. 2.8 із коефіцієнтами:
- 0,7 - для кладки зовнішніх стін у зонах із сухим кліматом;
- 0,5 - те ж, в інших зонах;
- 0,8 - для кладки внутрішніх стін.
Цеглу-сирець і ґрунтові камені дозволено застосовувати для будівель із передбачуваним терміном служби до 25 років.
Розрахункові опори кладки при осьовому розтягу, розтягу при згині, зрізі наведені в табл. 2.12, 2.13, 2.14.
Таблиця 2.12
Розрахункові опори R, МПа, кладки з суцільного каменю осьовому розтягу, розтягу при згині, зрізі і головним розтягувальним напруженням при згині при розрахунку перерізів кладки, що проходять по горизонтальних і вертикальних швах
| Вид напруженого стану | Марка розчину | Міцність розчину | |||
| 0,2 | |||||
| Осьовий розтяг, Rt 1. За неперев’язаним перерізом для кладки усіх видів 2. За перев’язаним перерізом а) для каменів правильної форми б) для бутової кладки | 0,08 0,16 0,12 | 0,05 0,11 0,08 | 0,03 0,05 0,04 | 0,01 0,02 0,02 | 0,005 0,010 0,010 |
| Розтяг при згині, Rtв , Rtw 3. За неперев’язаним перерізом для кладки усіх видів 4. За перев’язаним перерізом а) для кладки з каменю правильної форми б) для бутової кладки | 0,12 0,25 0,18 | 0,08 0,16 0,12 | 0,04 0,08 0,06 | 0,02 0,04 0,03 | 0,010 0,020 0,015 |
| Зріз, Rsq 5. За неперев’язаним перерізом для кладки усіх видів 6. За перев’язаним перерізом для бутової кладки | 0,16 0,24 | 0,11 0,16 | 0,05 0,08 | 0,02 0,04 | 0,01 0,02 |
Примітки: 1. Розрахункові опори дані по всьому перерізу розтягу або зрізу кладки, перпендикулярному (при зрізі паралельному) до напрямку зусилля. 2. Подані розрахункові значення беруть із коефіцієнтами: для цегляної кладки з вібруванням на вібростолах при розрахунку на особливі впливи - 1,4; для віброваної цегляної кладки з глиняної цегли пластичного пресування, для звичайної кладки з порожнистої цегли і порожнистих бетонних каменів - 1,25; для цегляної кладки на жорстких цементних розчинах - 0,75; для кладки з повнотілої або порожнистої силікатної цегли - 0,7. При розрахунку на розкриття тріщин розрахункові опори беруть без додаткових коефіцієнтів за даною таблицею.
Таблиця 2.13
Розрахункові опори R, МПа, кладки з цегли та каменю правильної форми осьовому розтягу, при згині, зрізі і головним розтягувальним напруженням при згині при розрахунку кладки за перев’язаним перерізом
| Вид напруженого стану | Марка каменю | ||||||||
| 1. Осьовий розтяг, Rt | 0,25 | 0,2 | 0,18 | 0,13 | 0,10 | 0,08 | 0,06 | 0,05 | 0,03 |
| 2. Розтяг при згині і головні розтягувальні напруження, Rtв,Rtw | 0,40 | 0,3 | 0,25 | 0,20 | 0,16 | 0,12 | 0,10 | 0,07 | 0,05 |
| 3. Зріз, Rsq | 0,10 | 0,8 | 0,65 | 0,55 | 0,40 | 0,30 | 0,20 | 0,14 | 0,09 |
Примітка: Розрахункові опори за пп. 1, 2 стосуються усього перерізу кладки. Розрахунковий опір зрізу за перев’язаним перерізом стосується лише площі перерізу цегли або каменю (площі перерізу нетто) без площі перерізу вертикальних швів.
Таблиця 2.14
Розрахункові опори R, МПа, бутобетону осьовому розтягу, головним розтягувальним напруженням і розтягу при згині
| Вид напруженого стану | Клас бетону | |||||
| В15 | В12,5 | В7,5 | В5 | В3,5 | В2,5 | |
| 1. Осьовий розтяг і головні розтягувальні напруження Rt,Rtw | 0,20 | 0,18 | 0,16 | 0,14 | 0,12 | 0,10 |
| 2. Розтяг при згині Rtв | 0,27 | 0,25 | 0,23 | 0,20 | 0,18 | 0,16 |
Розрахункові опори арматури Rs слід множити, залежно від виду армування конструкції, на коефіцієнти умов роботи gcs, наведені у табл. 2.15.
Таблиця 2.15
Коефіцієнти умов роботи gcs
| Вид армування конструкції | Коефіцієнти умов роботи gcs для арматури класів | ||
| А240С (А-І) | А300С (А-ІІ) | Вр-І | |
| 1. Сіткове армування | 0,75 | - | 0,6 |
| 2. Поздовжня арматура у кладці: а) поздовжня арматура розтягнута б) те ж, стиснута в) відігнуті стержні і хомути | 0,85 0,8 | 0,7 0,8 | 0,6 0,6 |
| 3. Анкери та в’язі у кладці: а) на розчині марки 25 і вище б) на розчині марки 10 і нижче | 0,9 0,5 | 0,9 0,5 | 0,8 0,6 |
Деформативність кладки
Кам’яна кладка – це пружнопластичний матеріал, який складається із двох компонентів: розчину та каменю.
Під час стискання залежність між напруженнями s і деформаціями e для розчину криволінійна, а для каменю - майже прямолінійна. Експериментально встановлено, що кладка деформується переважно за рахунок деформування розчину в швах кладки.
Модуль деформацій кладки Еє величиною змінною і залежить від рівня напружень. Геометрично він дорівнює тангенсу кута нахилу дотичної j (рис. 2.6).
Експериментально початковий модуль пружності Е0 визначають при невисоких рівнях напружень (s < 0,2Ru).
Е = ds /de = tgj.
Зі збільшенням напружень кут j, а, отже, і модуль деформацій зменшуються.
Рис. 2.6. Залежність „напруження – деформації” при короткочасній дії стискувального навантаження
Найбільше значення модуля деформацій Е при j = j0, коли s = 0. Його називають початковим модулем деформацій або модулем пружності кладки:
Е0 = tg j0 .
Початковий модуль деформацій неармованої кладки пропорційний межі міцності при стиску:
E0 = a Ru , (2.2)
де a – пружна характеристика кладки, що залежить від виду
кладки та марки розчину (визначають за табл. 2.16);
Ru – тимчасовий опір (середня межа міцності) стиску
кладки, що визначають за формулою:
R u = k R , (2.3)
тут k– коефіцієнт, який залежить від виду матеріалу і становить: 2,00 – для кладки з цегли та каменів усіх видів (із крупних блоків, рваного буту, бутобетону, цегляної віброваної кладки); 2,25 – для кладки з крупних і дрібних блоків із ніздрюватих бетонів.
При напруженнях у кладці s > 0,2 Ruзначно зростають деформації і модуль пружності називають модулем деформацій. Його визначають за формулою:
. (2.4)
Таблиця 2.16
Пружна характеристика кладки a
| Вид кладки | Марка розчину | Міцність розчину | |||
| 25-200 | 0,2 | ||||
| 1. Із крупних блоків, виготовлених із важкого та крупнопористого бетону на важких заповнювачах і важкого природного каменю (g ≥ 18,00 кН/м3) | |||||
| 2. Із каменів з важкого бетону, природних каменів і буту | |||||
| 3. Із крупних блоків, виготовлених із бетону на пористих заповнювачах і поризованого, крупнопористого бетону на легких заповнювачах, щільного силікатного бетону та з легкого природного каменю | |||||
| 4. Із крупних блоків, виготовлених із ніздрюватих бетонів: - автоклавних - неавтоклавних | |||||
| 5. Із каменів із ніздрюватих бетонів: - автоклавних - неавтоклавних | |||||
| 6. Із керамічного каменю | |||||
| 7. Із цегли глиняної пластичного пресування повнотілої і порожнистої, із порожнистих силікатних каменів, із каменів, виготовлених із бетону на пористих заповнювачах і поризованого, із легких природних каменів | |||||
| 8. Із цегли силікатної повнотілої і порожнистої |
Закінчення таблиці 2.16
| Вид кладки | Марка розчину | Міцність розчину | |||
| 25-200 | 0,2 | ||||
| 9. Із цегли глиняної напівсухого пресування повнотілої і порожнистої |
Примітки: 1. При визначенні коефіцієнтів поздовжнього згину для елементів із гнучкістю l0 / i £ 28 або відношенням l0 / h £ 8 допускається приймати значення пружної характеристики кладки з цегли всіх видів як із цегли пластичного пресування. 2. Наведені в таблиці (пп. 7-9) значення пружної характеристики a для цегляної кладки поширюються на віброцегляні блоки та панелі. 3. Пружна характеристика бутобетону становить 2000. 4. Для кладки на легких розчинах значення a враховують із коефіцієнтом 0,7. 5. Пружну характеристику кладки з природного каменю допускається уточнювати за спеціальними вказівками, складеними на основі результатів експериментальних досліджень і затверджених у встановленому порядку.
Згідно з [14, п. 3.22] модуль деформацій кладки Е повинен прийматися при розрахунку конструкцій за міцністю кладки для визначення зусиль у кладці, що розглядається у граничному стані стиску за умови, що деформації кладки визначаються спільною роботою з елементами конструкцій з інших матеріалів (для визначення зусиль у стягелях склепінь, у шарах стиснутих багатошарових перерізів, зусиль, викликаних температурними деформаціями, при розрахунку кладки над рандбалками або під розподільними поясами) за формулою:
Е = 0,5 e0 , (2.5)
де Е0 – модуль пружності (початковий модуль деформацій) кладки, визначений за формулою (2.2). При постійних і тривалих навантаженнях з урахуванням повзучості модуль пружності E0 кладки слід зменшувати діленням його на коефіцієнт n.
При розрахунках за граничними станами другої групи при визначенні деформацій кладки від поздовжніх або поперечних сил, зусиль у статично невизначених рамних системах, у яких елементи конструкцій з кладки працюють спільно з елементами з інших матеріалів, періоду коливань кам'яних конструкцій, жорсткості конструкцій, вважають, що
E = 0,8 E0 . (2.6)
Відносну деформацію кладки при стиску з урахуванням повзучості визначають за формулою:
e = ns / E0, (2.7)
де n – коефіцієнт, що враховує вплив повзучості матеріалу і становить:
| 1,8 – | для кладки з керамічного каміння із вертикальними порожнинами при висоті каменю від 138 до 220 мм; |
| 2,2 – | для кладки з глиняної цегли пластичного і напівсухого пресування; |
| 2,8 – | для кладки з крупних блоків або каменів, виготовлених із важкого бетону; |
| 3,0 – | для кладки з силікатної цегли і каменів суцільних або порожнистих, а також із каменів, виготовлених на пористих заповнювачах або поризованих, із силікатних крупних блоків; |
| 3,5 – | для кладки з дрібних і крупних блоків або каменів, виготовлених із автоклавних ніздрюватих бетонів; |
| 4,0 – | для кладки з крупних блоків і каменю, виготовлених із неавтоклавного ніздрюватого бетону |
При тривалій дії навантаження під впливом повзучості деформації кладки збільшуються. При цьому, якщо стискувальні напруження більші за напруження, при яких утворюються тріщини в кладці, деформації зростають інтенсивно, аж до руйнування кладки. Тому розміри поперечного перерізу елементів слід призначати такими, щоб стискувальні напруження від тривалих навантажень не перевищували напружень тріщиноутворення.
При розрахунку на тривалі навантаження модуль деформації кладки, отриманий за формулою (2.4), необхідно поділити на коефіцієнт n.
Деформації усадки кладки з глиняної цегли і керамічного каменю не враховують.
Деформації усадки становлять: 3 × 10-4 – для кладки з цегли, каменю, дрібних і крупних блоків, виготовлених на силікатних або цементних в’яжучих; 4 × 10-4 – для кладки з каменів і блоків, виготовлених із автоклавних ніздрюватих бетонів на піску і вторинних продуктів збагачення руд; 6 × 10-4 – те ж, із автоклавних бетонів на золах.
Модуль зсуву кладки становить G = 0,4 E0.
Величини коефіцієнтів лінійного розширення кладки a, [град.-1] становлять: 5 × 10-6 – для кладки з цегли глиняної повнотілої, пустотної і керамічного каменю; 1 × 10-5 – для кладки з силікатної цегли, каменю, бетонних блоків, бутобетону; 8 × 10-6 – для кладки з природного каменю, каменю і блоків з ніздрюватих бетонів.
Коефіцієнт тертя m визначають за таблицею 2.17.
Таблиця 2.17
Значення коефіцієнта тертя m залежно від стану поверхні
| Матеріали | Поверхня | |
| суха | волога | |
| Кладка по кладці або бетону Дерево по кладці або бетону Сталь по кладці або бетону Кладка і бетон по піску або гравію Кладка і бетон по суглинку Кладка і бетон по глині | 0,70 0,60 0,45 0,60 0,55 0,50 | 0,60 0,50 0,35 0,50 0,40 0,30 |
Контрольні запитання
1. Як впливає структура кладки на внутрішні напруження при експлуатаційних навантаженнях ?
2. Опишіть стадії напружено-деформованого стану кладки.
3. Внаслідок чого настає руйнування кладки?
4. Які фактори впливають на міцність кладки ?
5. Охарактеризувати роботу кладки на розтяг за перев’язаним перерізом, за неперев’язаним.
6. Яку величину називають розрахунковим опором кладки?
7. Від чого залежить розрахунковий опір кладки?
8. Коли застосовують поняття „марка розчину”, а коли „міцність розчину”?
9. Яка міцність відповідає поняттю „марка розчину”?
10. Застосування коефіцієнта умов роботи кладки.
11. За рахунок чого відбувається деформація кладки?
12. Пояснити графічну залежність між напруженнями та деформаціями кладки при стиску.
13. Що називають модулем пружності та модулем деформацій кладки?
14. Як визначити модуль деформації кладки?
15. Від чого залежить пружна характеристика кладки?
16. Як працює кладка при тривалому навантаженні?
17. Як враховують повзучість кладки?
18. Як впливає повзучість кладки на її відносні деформації при стиску?
19. Чому дорівнюють деформації усадки кладки та від чого вони залежать?
20. Як визначити модуль зсуву кладки?
21. Як позначають коефіцієнт лінійного розширення кладки і від чого він залежить?