Расчеты каменных конструкций на прочность при центральном и внецентренном сжатии

Каменная кладка является неоднородным телом, сост-м из камней и швов, заполненных р-ром. Этим обусловливаются следующие осо­б-ти ее работы: при сжатии кладки усилие пере­дается неравном вследствие местных неров­ностей и неодинаковой плотности отд-х уч-ов затвердевшего р-ра. В результате камни подвергаются не только сжатию, но также изгибу и срезу.

Расчет неармированной кладки Центральное сжатие.

Принимаем, что при этом напряжение в кладке распред-ся равном.

Разрушение таких эл-тов когда напряжения становятся равные пределу прочности σ=R_U для коротких эл-тов, от потери устойчивости для длинных эл-тов, в этом случае напряжения в кладке равны критическим σ = σ _CR которые меньше предела прочности σ _CR < R_U. На величину разрушающей нагрузки оказывает длительность ее действия несущая способность обеспечена если N≤N_U. N_U=R*A*j* m_G

R- расчетное сопротивление кладки, А- площ сеч-я кладки А=b*h

j- коэф. продольного изгиба f от упругой хар-ки кладки

Гибкость кладки в общем виде λ=L₀/i

L₀- расчетная длина элем-та L₀=к*Н по фактической длине H с учетом условий закрепления; i – радиус инерции.

Для прямоуг. сечения λ_N=L₀/H

m_G- коэф. eчит-й длительность воздействия нагр-ки. j= 1 и m_G = 1 - в закрепленных сечениях.

На центральное сжатие м/ работать каменные столбы, участки стен, простенки.

Внецентреное сжатие.

Под внецентренным сжатием понимается сжатие с эксцентриситетами относительно оси эл-та в одной плоскости. Это наиболее распространенный случай эксплуатации каменных конструкций. Хар-ер напряженного состояния и распределения напряж-я в сечении f от эксцентриситета приложения нагрузки.

а) Малый эксцентриситет. Все сечения сжаты, напряжения все имеют один знак, но отличаются по величине. Величина напряж-й с учетом неупругих деф-ций кладки распространяются криволинейно.

б) С увеличением эксцентриситета часть сечения оказывается растянутой σ_р<R,где σ_р - напряжение растяжения, R- расчетное сопративление кладки при растяжении

в) С дальнейшим увеличением эксцентриситета напряжения растяжений увеличиваются и достигают расчетного сопротивления при растяжении в этот момент образуются трещины по растянутой грани. Если дальше увеличивать эксцентриситет или сжимающую силу, то напряжения растяжения должны бы были увеличиваться, но они не могут превышать расчетного сопротивления при растяжении. Условие прочности при внецентренном сжатии для всех случаев точно вывести невозможно.

Для расчета применяются упрощения:

1.Растянутая зона сечения не работает.2.Эпюра напряжений в сжатой зоне принимается равномерной или прямоугольной.

Сжатая зона определяется в f от точки приложения сжимающей силы, с учетом этого принимается несущая способность обеспеченна если соблюдается условие N≤m_G*φ1*R*Ac*ω, где φ1= (φ+ φc)/2

33. Армокаменные конструкции. Виды и назначение армирования. Расчеты кладки с сетчатым армированием на центральное и внецентренное сжатие.

Арматура размещается для повышения несущей способности элементов за счет увеличения прочности и устойчивости армокаменных конструкций по сравнению с каменными. Различают продольное и поперечное армирование камен-х элементов. Поперечное армирование РИС№2 выполняется чаще всего стальными сварными сетками через 5 рядов (зигзаг- через слой), которые укладываются в горизонтальные швы кладки; эти сетки препятствуют поперечному расширению кладки и кладка работает по аналогии с железобетоном, усиленным косвенным армированием. Его используют, если повышение прочности камней и раствора не обеспечивает требуемую несущую способность, а размеры сечения нельзя увеличить. Наибольший эффект поперечного армирования достигается для коротких центрально сжатых элементов. Элементы длинные с большой гибкостью с сетчатым армированием не эффективно, т. к. их разрушение происходит не от потери прочности, а от потери устойчивости. Сетчатое армирование практически не оказывает влияния на обеспечение или повышение устойчивости. Внецентренно сжатые элементы менее эффективны с сетчатым армированием по сравнению с центрально-сжатыми, т.к. часть площади сеток попадает в растянутую зону и там они не работают. Сетчатое армирование не следует применять для элементов с гибкостью λ_h > 15 для элементов с е_о > 0,17h; λ_h = е_о/ h. Расчет элементов с сетчатым армированием выполняется по аналогии с обычными каменными элементами, но при этом учитывается повышение прочности кладки за счет поперечного армирования.

Центрально сжатые элементы:РИС№3 N ≤ m_g φ A R_sk; R_sk – расчетное сопротивление центральному сжатию кладки с сетчатым армир-м. Оно зависит от расчетного сопротивления каменной кладки, R арматуры сеток и от коэф-та или % армир-я. R_sk=R+2μR_s/100≤2R; μ=(V_s/Vкл)*100%; μ = 2*Аst*(bh/c)*100%/S*A => μ = 2*Аst*100%/ SC;

При внецентренном сжатии: N ≤ m_g φ₁ Aс R_skв*ω; R_skв – расчетное сопротивление кладки с сетчатым армированием при внецентренном сжатии. => R_skв = R + (2μR_s/100)(1-2*l_о/у); у – расстояние от центра тяжести всего сечения до сжатой грани элемента; μ ≤ μ_max = 50*R/(1-2*l_о/у)* R_s; при определении коэф-та продольного изгиба следует учитывать упругую характеристику кладки с арматурой: α_sk = αR_u/ R_sk,u; α – упругая характеристика неармированной кладки; R_u – предел прочности неармированной кладки; R_sk,u – предел прочности армированной кладки; R_sk,u = R_u + 2μR_sn/100; R_sn – нормативное сопртивление арматуры сеток при растяжении, применяется с учетом коэф-та условий работы (Тб. 13 СНиП «Камен-е и армокамен-е констр-и»; R_sn=R_sn^тбγ_с; R_sn^Тб из СНиП «Бетонные и ж/б конструкции». Арматура А–I:

R_sn = 250МПа*0,75; m_g – коэф-т, учитывающий длительность действия нагрузки и определяется как для неармированной кладки. Условие смятия: Nc ≤ Ac *d*ψ*R_c; R_c ≥ R_sк – для армокамен-х элементов. Все остальное как для неармированной кладки. Для проверки прочности кладки с сетчатым армированием при незатвердевшем растворе определяется фактическая прочность раствора в рассматриваемый срок и условия твердения, используя тб.1 по приложению СНиП Камен и армокамен-е констр-и. Конструктивные требования к сетчатому армированию: сетчатое армирование учитывается в расчетах, если 0,1% ≤ μ; иначе μ < 0,1 принимаем конструктивное армирование и в расчетах не учитывается. Повышение несущей способности наиболее эффективно до μ приблизительно равное 1%. Дальнейшее увеличение μ приводит к дополнительному расходу арматуры, сложности и стоимости работ, а повышение несущей способности затухает. Шаг сеток по высоте элемента, учитываемых в расчетах д.б. не более 400мм, иначе они в расчете не учитываются. Сетки д.б. установлены не больше, чем через 5 рядов для обыкновенного кирпича; через 4 ряда для утолщенного кирпича (88мм); через 3 ряда для керамических камней. t_швов ≥ 2d_s + 4мм; t_швов ≤ 16мм; 3мм ≤ d_s ≤ 6мм; для контроля установки арматуры концы стержней выпускают за грань кладки на 2-3мм; марка камня для а/камен-х конструкций д.б. не меньше 75. Марка раствора ≥ 50; высота ряда кладки ≤ 150мм. Продольное армирование элементов.РИС№4 Арматуру размещают вдоль оси элемента и применяется для армирования центрально растянутых и изгибаемых элементов, а также для центрально и внецентренно сжатых элементов большой гибкости или с большими эксцентриситетами, когда несущая способность не м.б. обеспечена увеличением размеров или повышением прочности камня и прочности раствора. Назначение продольного армирования – воспринимать усилия растяжения или обеспечивать устойчивость. Продольное армирование учитывается в расчетах, если коэф-т армирования μ ≥ 0,1% для арматуры А-I, А-II и μ ≥ 0,05% для растянутой арматуры Вр-I. Арматура располагается в вертикальных швах, в бороздах каменных элементов или штукатурном слое по поверхности каменных элементов.