Прочность каменной кладки из пустотелых керамических камней при центральном сжатии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Фабричная, Ксения Александровна

• Фабричная, Ксения Александровна
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фабричная, Ксения Александровна

Оглавление

Введение

1.Состояние вопроса

1.1 История возникновения пустотелой строительной керамики, применяемой для каменной кладки

1.2 Обзор теоретических и экспериментальных исследований прочности кладки при сжатии

1.3 Развитие методов расчета каменных кладок

1.4 Исследования кладок из пустотелых керамических камней

1.5 Нормативные подходы к определению прочности каменной кладки

при сжатии

Выводы по главе 1. Цели и задачи исследований

2. Компьютерное моделирование НДС камней и кладки

2.1 Цели и задачи исследований

2.2 Программа исследований

2.3 Методика проведения исследований

2.4 Результаты исследований и их анализ

Выводы по главе 2

3. Экспериментальные исследования каменных кладок из пустотелых камней

3.1 Цели и задачи исследований

3.2 Программа экспериментальных исследований

3.3 Методика проведения испытаний

3.4 Результаты испытаний камней

3.5 Результаты испытаний кладок со сплошными горизонтальными растворными швами

3.6 Результаты испытаний кладок с термовкладышами в горизонтальных растворных швах

Выводы по главе 3

4. Методика расчета по прочности каменных кладок с использованием теории сопротивления анизотропных материалов сжатию

4.1 Основные положения

4.2 Методика оценки прочности

4.3 Оценка трещиностойкости

4.4 Сравнение теоретических результатов с опытными данными

Выводы по главе 4

Общие выводы. Заключение

Список использованных источников

Приложение 1. Методика оценки сопротивления кладки сжатию

Приложение 2. Экономическая эффективность применения

методики при проектировании

Приложение 3. Алгоритм расчета прочности кладки с использованием

теории сопротивления анизотропных материалов сжатию

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прочность каменной кладки из пустотелых керамических камней при центральном сжатии»

ВВЕДЕНИЕ

Керамический кирпич - один из древнейших строительных материалов, прочный, долговечный, с неограниченными архитектурными возможностями. На территории Европы и Азии сохранилось множество памятников зодчества, при возведении которых использовались кладки из кирпича. На территории России такие конструкции применялись для строительства уникальных сооружений: храмовых комплексов, кремлей, дворцов. Одним из шедевров каменного зодчества признан собор Василия Блаженного в Москве, возведенный в XVI веке из кирпича 18 типов. С XVII века конструкции из кирпича повсеместно использовались для массового строительства. В настоящее время кладки из керамических материалов применяются по всему миру для возведения несущих и самонесущих наружных стен зданий.

В современных условиях строительства конструкции стен, помимо прочности и долговечности, должны обеспечивать высокое сопротивление теплопередаче и экономичность, что привело к эволюции материалов. Одним из основных направлений по повышению эффективности каменных конструкций является применение в кладке пустотелых керамических камней, сочетающих в себе свойства конструкционного и теплоизоляционного материалов. Номенклатура таких изделий непрерывно расширяется, а их доля в общем объеме выпускаемых стеновых материалов ежегодно возрастает по сравнению с полнотелыми. Только на территории Республики Татарстан за последнее семь лет введены в действие 5 заводов, оснащенных европейскими технологическими линиями, суммарной мощностью до 300 млн. шт. в год, выпускающие более 20-ти наименований современных пустотелых керамических изделий.

Кладки наружных стен из вышеописанных материалов можно условно разделить на 2 группы по требованиям к отделке фасада:

- не требующие отделки, из малоформатных элементов высотой до 138мм, позволяющие обеспечивать выразительную пластику фасадов и сложные очертания архитектурных форм, высокой прочности, но для них необходимо

проведение конструктивных мероприятий для обеспечения термического сопротивления стен;

- требующие защиты от атмосферных воздействий, из камней крупного формата, с высокими теплотехническими показателями при достаточной прочности конструкций.

Обе группы кладок применяются как для массового гражданского строительства, так и для возведения уникальных зданий.

Фундаментальные экспериментально-теоретические исследования, выполненные в 30-е годы прошлого века под руководством проф. Л.И. Онищика, заложили основу для разработки нормативной базы по проектированию каменных и армокаменных конструкций, которая не изменилась до настоящего времени. Проектирование кладки ведется на основании СП 15.13330.2012 [61] и пособия [49]. В дополнение к существующим нормативным документам выпущен ряд пособий [48, 53-55], предлагающих введение поправочных коэффициентов к расчетному сопротивлению кладки для различных видов камня. Большинство существующих экспериментальных данных относится к полнотелому кирпичу. Работа новых пустотелых керамических материалов в составе кладки изучена недостаточно, что вызывает необходимость проведения исследований прочностных свойств каменных кладок, способствующих экономии материалов, энергосбережению и являющихся актуальными. Применение таких материалов требует совершенствования методики расчета для эффективного использования их прочностных свойств при проектировании и строительстве зданий.

Научная новизна результатов исследований автора заключается в следующем:

- разработана методика расчета по прочности на основе теории сопротивления анизотропных материалов сжатию, кладок из пустотелых керамических материалов, учитывающая прочностные характеристики камней на сжатие, срез и растяжение.

- выявлены особенности НДС кладок из керамических камней пустотностыо 33 - 54%, заключающиеся в большей (до 15%) трещиностойкости по сравнению с кладками из полнотелых материалов;

- установлена временная прочность кладки на растворах марок Ml00 и Ml50, до 2-х раз превышающая величины, полученные с использованием нормативной методики;

- определено влияние наличия термовкладыша площадью от 26 до 54% в горизонтальных растворных швах на характер разрушения кладок 1 группы, приводящее к снижению от 1,05 до 3,50 раз несущей способности по сравнению с кладками с однородным растворным швом;

- получены сопротивления трещинообразованию и разрушению для кладок первой группы на «теплом» растворе, вызывающем повышение до 15% трещиностойкости кладок и снижение до 40% временной прочности кладки при сжатии.

Практическая значимость работы состоит в повышении расчетной несущей способности кладки при проектировании зданий до 2-х раз и соответствующем снижении материалоемкости конструкций.

Внедрение результатов работы осуществлено при расчете строящихся зданий с несущими и ограждающими конструкциями из рассмотренных материалов, в учебном процессе при чтении лекций, выполнении дипломных проектов, при подготовке бакалавров и магистров.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, заключения, списка использованных источников, трех приложений. Общий объем работы составляет 130 страниц, в том числе 27 таблиц и 57 рисунков. Список литературы включает 89 наименований.

В первой главе рассмотрена общая характеристика и конструктивные особенности кладок. Изучены работы отечественных и зарубежных ученых Гастева В.А., Онищика Л.И., Камейко В.А., Рохлина И.А., Гениева Г.А., Соколова Б.С., Барановой Т.И., Ласькова H.H., Пангаева В.В, Комохова П.Г.,

Беленцова Ю.А., Hendry A.W, PAGE, A.W, Louren?© P.B. и др. Выполнен обзор методик расчета прочности кладки при осевом сжатии по действующим нормативным документам, в том числе зарубежным, и с использованием теории сопротивления анизотропных материалов сжатию. По итогам изучения состояния вопроса сформулированы цель и задачи исследований.

Вторая глава диссертации посвящена компьютерному моделированию НДС камней и кладок. Целью исследований ставилось изучение напряженно-деформированного состояния пустотелых керамических камней и кладок из них со сплошными и прерывистыми горизонтальными растворными швами при осевом сжатии.

В программе компьютерного моделирования учитывались следующие факторы: соотношение физико-механических характеристик камня и раствора швов, изменение геометрических параметров камня, рисунок, расположение и размеры пустот, степень пустотности, толщина растворного шва, наличие термовкладышей. Для реализации программы компьютерного моделирования выбраны программные комплексы «Лира 9.4» и «ANSYS», в которых реализован метод конечных элементов (далее МКЭ), отвечающий всем требованиям работы на данном этапе. В процессе исследований были рассмотрены модели, состоящие из плоских элементов - пластин и объемных конечных элементов - призм с использованием линейных и нелинейных характеристик материалов.

В результате исследований установлено общее между эпюрами распределения горизонтальных напряжений, полученными автором и другими исследователями, для однородных бетонных элементов и кладок из полнотелого кирпича, что показало возможность применения теории сопротивления анизотропных материалов сжатию к описанию НДС кладок из пустотелых камней.

Проведенное компьютерное моделирование позволило оптимизировать программу экспериментальных исследований.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований образцов материалов и кладок, целью которых ставилось определение

особенностей характера разрушения, величин трещинообразующих и разрушающих усилий. Исследовались кладки со сплошным заполнением горизонтальных швов и с теплоэффективными включениями. Программа экспериментальных исследований учитывала влияние наиболее значимых, определенных по результатам компьютерного моделирования факторов: прочностных и геометрических характеристик камней; марки и вида раствора; наличие термовкладышей и их площади относительно площади поперечного сечения образцов. Для проведения экспериментальных исследований изготовлено 34 опытных образца каменной кладки и более 100 образцов материалов. В результате экспериментальных исследований получены:

- соотношения прочностных характеристик камней, являющиеся основой при назначении расчетных параметров модели;

прочностные и деформационные характеристики кладок, последовательность образования и развития трещин, величины трещинообразующих и разрушающих нагрузок;

- значения углов наклона поверхности сдвига клиновидных уплотнений приопорных зон;

- зависимости временной прочности кладки при сжатии от прочности камней и растворов;

- характер изменения несущей способности кладок с различными вариантами заполнения горизонтальных растворных швов.

С учетом экспериментальных данных, для рассмотренных видов кладки получены корректирующие коэффициенты к формулам оценки сопротивления кладки сжатию по действующим нормам проектирования.

Четвертая глава посвящена разработке методики расчета по прочности рассматриваемых кладок с использованием теории сопротивления анизотропных материалов сжатию. Главной задачей ставилось определение физических и геометрических характеристик расчетных схем с учетом полученных экспериментальных данных для рассматриваемых видов кладок, отражающих специфические особенности каждой из них.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований произведено сравнение величин несущей способности образцов кладки, показавшее удовлетворительную сходимость опытных и теоретических значений трещинообразующих и разрушающих усилий, что подтверждает достоверность предлагаемых расчетных выражений.

На основе описанной в четвертой главе методики для рассмотренных кладок предложено определение значения временного сопротивления кладки сжатию в зависимости от прочностных характеристик камней на срез, растяжение и прочности раствора на сжатие, которое можно использовать для расчета несущей способности элемента каменной кладки при осевом и внецентренном сжатии по формулам СП [61].

Публикации. Основное содержание результатов работы опубликовано в 9-ти статьях и отчете о НИР, в том числе 3-х публикациях в изданиях, входящих в Перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях КГАСУ 2009 - 2013г.г., на Международной научно-технической конференции «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии», XV Академических чтениях РААСН, проведенных в КГАСУ в 2010г., IV Международном симпозиуме «Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений» в июне 2012г., I Международной конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» в ноябре 2012г. Результаты исследований вошли в отчет по гранту РААСН: «Разработка теоретических основ прочности каменных кладок из керамического пустотелого кирпича при сжатии» в 2010 году.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПУСТОТЕЛОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ, ПРИМЕНЯЕМОЙ ДЛЯ КАМЕННОЙ КЛАДКИ

Кирпич, при производстве которого в глину добавлялась выгорающая добавка, образующая пустоты, известен с начала тысячелетия и использовался для строительства куполов и сводов [24]. В 1813г. англичанином Беконом изобретен пустотный кирпич. В 1836г. Н.А.Булычев, имевший гончарный завод в Казани, изобрел пустотелые керамические блоки объемом в десять кирпичей старого формата. Промышленное производство поризованных изделий началось в 1880г. в Германии, где выпускался так называемый «поризованный кирпич» с использованием в качестве добавок каменно-угольной пыли и опилок. Плотность такого кирпича составляла 1 кг/дм и достигалась сочетанием пористости материала и пустотности изделия. В 1926г. был изобретен «сотовый» кирпич, 128 отверстий которого имели форму правильного шестиугольника, а все стенки - одинаковую толщину. В 1960г. шведский инженер Фернхофф изобрел технологию Рогу1оп с использованием добавки в виде зерен полистирола. Современные технологии производства строительной керамики позволяют производить тонкостенные непоризованные керамические камни пустотностыо до 70% с толщиной стенок 1,6 и 3 мм. [58, 59].

Анализ номенклатуры керамических стеновых материалов технически развитых стран показывает, что 60-80% от общего производства представлено пустотело-пористыми изделиями со средней плотностью от 600 до 1000 кг/м3 с прочностью на сжатие от 4 до 28МПа и теплопроводностью от 0,19 Вт/м2° С.

В Германии [28] фирмами «РОЯОТОИ», «ЦМРОЯ», «ШЕЯ-МОРОК», «РОЯОКХЛМАТОМ» производятся пустотело-пористые кирпичи и камни высотой 52, 71, 113, 238мм, шириной 115, 175 240мм и длиной 240, 300, 365, 490мм, кирпич обыкновенный и лицевой - полнотелый и пустотелый с вертикальными и горизонтальными пустотами. Широко выпускаются камни с вертикальными

и

пустотами, соединяющимися между собой в паз и гребень. Средняя плотность таких камней - до 800кг/м , прочность - от 4.0МПа, а теплопроводность, в зависимости от конфигурации, изменяется от 0,18 до 0,24Вт/(м*К). При изготовлении регламентируются не только размеры и пустотность, но и средняя плотность пустотелых изделий в зависимости от пористости материала и пустотности [76].

В Италии [28] фирмами «POROTON», «S.J.L.S.», «EDILFORNACIAL» производятся пустотелые камни из пористой керамики размерами 300х250х190мм, 195x410x250мм, 250x250x300мм, 250x120x300мм, 190x250x300мм, с прочностью при сжатии 7.5-12МПа, средней плотностью изделий 700-800кг/м , причем полнотелый черепок имеет плотность 1950кг/м . Кроме того, фирма «EDILFOR-NACIAL» выпускает стандартный 250х 125x55мм, 250x120 х 120мм и нестандартный 285x138x56мм, 285x138x120мм пустотело-пористый кирпич с гладкой и рифленой лицевой гранью.

Во Франции распространено производство многощелевых керамических камней JS040 толщиной 375мм. Фирма «СЕМАТЕК» выпускает пустотело-пористые камни «SETABLOK 37» размерами 250x375х250мм, с 19 рядами овальных сквозных отверстий по 4-5 в каждом ряду. Фирма «Briques at Tuilles D Alsace» выпускает камни с вертикальными пустотами «Maxithorme» размерами 200x300x234мм, а фирмой «Establissment» многопустотные S-образные камни размерами 500x240x200мм.

В Венгрии [70] производят стеновые камни «Thermotok-H» с вкладышами из пенополистирола размерами 190х 190x300мм, «Poroton-36», «Thermopor» плотностью 800-900кг/м3. Марки камней по прочности на сжатие 5; 7,5; ЮМПа. При изготовлении стеновых камней «Poroton-36» в качестве выгорающей добавки используют гранулы пенополистирола. Керамические камни «Thermopor» изготавливаются с использованием в качестве выгорающих добавок промышленных и сельскохозяйственных отходов.

Заводами РФ традиционно выпускался одинарный и утолщенный керамический кирпич - материал прочный и долговечный, но обладающий

большой плотностью и невысоким сопротивлением теплопередаче. Каменные конструкции из такого кирпича имеют значительный вес, достигающий 65% от веса здания в целом, и требуют специальных проектных решений для обеспечения нормативного значения коэффициента сопротивления теплопередаче.

До недавнего времени номенклатура выпускаемых на территории бывшего СССР керамических стеновых материалов включала в себя 7 типоразмеров кирпича: обыкновенный 250х 120><65мм, кирпич утолщенный 250х 120x88мм, кирпич модульный 288х 138x65мм, камень 250х 120x138мм, камень модульный 288х 138x138мм, камень укрупненный 250х250х 138мм, камень с горизонтальным расположением пустот 250х250х120/96мм. Кирпичи могли изготовливаться сплошными и пустотелыми, а камни - только пустотелыми. Направление пустот по отношению к постели - горизонтальное и вертикальное. Кирпич пустотелый с вертикальными пустотами производился девяти видов с пустотностыо в пределах 13-30%, кирпич с горизонтальным расположением пустот - трех видов с пустотностыо 41-42%. Камни с горизонтальными и вертикальными пустотами выпускались с пустотностыо 17-56 % и 25-37% соответственно.

ГОСТ 530-95 [16] расширил номенклатуру выпускаемых стеновых керамических материалов. В дополнение к ранее упомянутым появились такие, как: кирпич модульный утолщенный 288х 138x88мм, камень модульный укрупненный 288x288x88мм, камень укрупненный двух типоразмеров 250x250x188мм и 80х250х 138мм. Допущено также производство укрупненных камней пустотностыо 45% и 55% трех типоразмеров 380x180x138мм, 380x255x188мм, 380x250x138мм.

Утвержденный в 2008 году ГОСТ 530-2007 [17] был гармонизирован с европейским стандартом EN 771-1:2003 "Definitions concerning wall stones - Part 1: Brick" в части требований к средней плотности и теплотехническим свойствам кирпичей и камней, а так же расширил выпускаемый ассортимент изделий. Все изделия разделены на 5 групп по теплотехническим характеристикам в зависимости от класса средней плотности, представленных в таблице 1.1.

Значения коэффициента теплопроводности в ГОСТ [17] приведены для кладок с минимально достаточным количеством кладочного раствора. Значение коэффициента теплопроводности с учетом фактического расхода раствора устанавливают на основании испытаний или расчетов.

Таблица 1.1 Группы изделий по теплотехническим характеристикам

Группы изделий по теплотехническим характеристикам Класс средней плотности изделия Средняя плотность, о кг/м Коэффициент теплопроводности кладки в сухом состоянии X, Вт/(м-°С)

Высокой эффективности 0.8 До 800 до 0,20

Повышенной эффективности 1.0 801-1000 от 0,20 до 0,24

Эффективные 1.2 1001-1200 от 0,24 до 0,36

Условно-эффективные 1.4 1201-1400 от 0,36 до 0,46

Малоэффективные (обыкновенные) 2.0 Св. 1400 свыше 0,46

В ГОСТ 530-2007 [17], по сравнению с ГОСТ 530-95, изменилось количество выпускаемых типоразмеров изделий: 5 - для кирпича, 6 - для камней, 7 для крупноформатных камней, 1 - для камней с горизонтальными пустотами.

Марки по прочности на сжатие для кирпича и камней установлены в диапазоне МЮО-МЗОО, для крупноформатных камней - М35-М300, для камней с горизонтальными пустотами М25-М100. Стандартом рекомендуется множество разнообразных видов изделий, выпускаемых методом экструзии: 10 - для пустотного кирпича; 6 для камней; 4 - для крупноформатных камней.

В России камни и кирпичи из поризованной керамики выпускаются с использованием иностранных технологических линий ЗАО «ПОБЕДА/КНАУФ»

л

с 1997г. Плотность изделий колеблется от 790 до 950кг/м , прочность на сжатие -М100 - М175 и теплопроводность - от 0,18 до 0,26 Вт/м2оС [55]. Другим ведущим предприятием является завод ЗАО "Самарский комбинат керамических материалов". Одно из его новейших производств выпускает керамические поризованные кирпичи и камни с 2005 года [55]. Ассортимент производимой под брендом КЕИАКАМ продукции включает камни малых и крупных форматов - от 1НФ до 15НФ - четырнадцати различных видов с плотностью от 780 до 940кг/м3,

пустотностью 35-54,8%, прочностью на сжатие М50 - М150 и теплопроводностью от 0,11 до 0,29Вт/м2оС, а так же керамические профильные перемычки.

В Татарстане заводом ООО «Керамика - Синтез» в п. Шеланга с 2006г. производится керамический пустотно-поризованный камень 2,1НФ. С 2008г. на кирпичном заводе ООО «Ключищенская керамика» выпускаются кирпичи и камни 1,4НФ и 2ДНФ. На предприятии исследуют возможности по улучшению теплотехнических свойств продукции за счет поризации керамики разными способами и снижения плотности до 700 кг/м3, увеличения ее пустотности до 50% при сохранении высокой прочности изделий на сжатие [33]. В 2009г. австрийская фирма «Винербергер» открыла в Высокогорском районе РТ крупнейший в России завод по производству пористо-пустотелых эффективных стеновых керамических изделий РОКОТНЕЯМ, выпускающий более десятка наименований крупноформатных камней. В феврале 2012г. состоялось официальное открытие завода ЗАО «Керамик» в с.Кощаково Пестречинского района РТ. Основные мощности направлены на выпуск облицовочного одинарного и утолщенного керамического кирпича и камня 2,1НФ. Исследователи отмечают тенденцию дальнейшего интенсивного расширения номенклатуры эффективных керамических материалов [12].

Основные характеристики и внешний вид изделий, выпускаемых на предприятиях РТ, приведены в таблице 1.2 и на рисунке 1.1.

а

Рисунок 1.1. Внешний вид камней, выпускаемых предприятиями РТ: а ,б - 1,4 НФ 000«Ключищенская керамика»; в - 2.1 НФ ООО «Керамика-Синтез», г- РОЯОТНЕЯМ 38 ООО «Винербергер Куркачи».

Таблица 1.2. Основные характеристики изделий, выпускаемых на предприятиях РТ

Формат изделий Размер, мм Пустотность/ Плотность %/кг/м3 Марка по прочности К Вт/ м*°С Производитель

1,4 НФ 2,1 НФ ТУ5741-001 -726461042008 250x120x88 250x120x140 48 35-40 М100,М125 М150 0,31 0,33 ООО «Ключищенская

1,4 НФ [17] 250x120x88 35-40 М100 М150 0,35 керамика» ЗАО «ФОН», РТ

2 НФ [17] 250x120x138 48 990-950 М75 М150 0,27-0,29 ООО «Керамика-Синтез», Шеланга, РТ

2,1 НФ [17] 250x120x140 0,19

10,7 НФ [17] Р(ЖОТЕ1Ш25 250x380x219 0,24

10,7 НФ [17] РСЖОТЕЯМЗв 380x250x219 54 874-990 М75 мюо М125 0,145 ООО «Винербергер Курками», РТ

13,5 НФ [17] РСЖОТЕ1Ш44 440x250x219 0,136

14,3 НФ [17] POR.OTER.M51 510x250x219 0,15

Эффективность изделий характеризуется не только степенью пустотности, но и количеством, рациональным расположением пустот по отношению направления теплового потока в стене, прочностью и технологичностью кладки. Форма сечения пустот - круглая, квадратная, щелевидная, ромбовидная, оптимальными из которых признаны ромбовидные и щелевидные без прямолинейных керамических перемычек [12].

К виду поперечного сечения пустотных камней ГОСТ [17] предъявляются следующие требования:

- толщина наружных стенок кирпича и камней не менее 12мм, крупноформатных камней - 10мм;

- диаметр вертикальных цилиндрических пустот и размеры сторон квадратных пустот не должны превышать 20мм;

- размеры сторон щелевидных пустот не должны превышать 16мм.

Таким образом, в результате применения поризованного камня с пустотами может быть обеспечено снижение веса стены на 20-30% по сравнению с кладкой из полнотелых материалов и повышение ее теплотехнических свойств.

Улучшения теплоизоляционных свойств кладки наружных стен можно добиться не только за счет наружного утепления кладки эффективным материалом, но и путем снижения теплопотерь через растворный шов. Негативное влияние тяжелого цементно-песчаного кладочного раствора можно снизить несколькими способами:

- уменьшение расхода раствора за счет применения специальной конструкции камней с соединениями типа «паз - гребень»;

- использованием легкого теплоизоляционного кладочного раствора;

- использованием прерывистого постельного шва.

Первый способ реализован во всей номенклатуре крупноформатных керамических блоков «Поротерм» (рисунок 1.1, г). Второй способ - применение легких растворов с добавлением перлита, рекомендуемое для возведения стен из крупноформатных камней [53, 55]. По термическим свойствам легкие растворы были разделены в Германии на 2 группы, получившие обозначение ЛМ21 и ЛМ36. Растворы группы ЛМ36 улучшают термическое сопротивление кладки примерно на 10 %, растворы группы ЛМ21 - примерно на 17 % по сравнению с кладкой на обычном цементно-песчаном растворе. Основными недостатками данного способа являются невысокие марки по прочности и значительная стоимость существующих легких растворных смесей. Сравнительные характеристики некоторых видов «теплых» растворов, позволяющих выполнять растврные швы толщиной 12мм, представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3. Основные характеристики «теплых» растворных смесей

Наименование Плотность кг/м3 Вт/м*°С Прочность при сжатии, МПа Толщина шва, мм

ТЕША 020 ТЕПЛОМАКС <1000 <0,20 >8,0 10-12

КНАУФ-ЛМ-21 <1000 <0,21 >5,0 10-12

Р(ЖОТНЕ1Ш ТМ <800 0,19 >5,0 8-15

Третий способ - прерывистый постельный шов - может применяться для всех видов кирпича и камня и достигается тем, что в горизонтальном шве обычный раствор один или два раза прерывается воздушным пространством шириной от 30 до 50мм. Такая конструкция шва увеличивает термическое сопротивление кладки на 3-5% с одновременным снижением несущей способности. Европейские нормы [11] устанавливают минимальную ширину полосы раствора в 30 мм, а отношение общей ширины полос раствора к ширине кладки не менее чем 0,4. Для повышения термического сопротивления подобной кладки возможно введение в пустоты горизонтального растворного шва специальных вкладышей из теплоэффективных материалов.

Описанные способы позволяют получить из керамических пустотелых кирпичей и камней, отличающихся достаточно высокими прочностными и теплотехническими показателями, кладку достаточной прочности.

Стены из керамических камней могут быть несущими и самонесущими. В опубликованных в последнее время источниках [17, 53-55] даны рекомендации по конструированию наружных стен из керамических крупноформатных камней, адаптированных для климатических условий РФ. Конструкция наружных стен принимается однослойной или двухслойной с облицовкой. Примеры принципиальных решений приведены на рисунке 1.2.

а б в

Рисунок 1.2. Конструкции наружных стен из керамических крупноформатных камней: а- с облицовочным слоем из кирпича;

б - с облицовочным слоем из теплоэффективной штукатурки; в - с облицовочным слоем из эффективного утеплителя;

1 - камни Р01ЮТНЕ1Ш51 и Р01ЮТНЕ1Ш44;

2 - камни РОШЭТНЕМЛЗ 8 и РОЯОТНЕ1Ш25;

3 - облицовочный кирпич; 4 - цементно - песчаная штукатурка; 5 - теплоэффективная штукатурка; 6 - эффективный утеплитель.

Обеспечение достаточной прочности и устойчивости кладки достигается системой перевязки камней по высоте и ширине кладки. Для сплошных кладок из камней правильной формы возможно применение разнообразных систем перевязок [4-6, 9, 25], основные из которых показаны на рисунке 1.3 [56].

а)

*)

•8

о; j

N1-

■5L ч=>

S)

' 4

I

1 I I I I I I I

1 1 I I I I

1 И I I I I I

1 I I I I

J— __I__ :_i__i__i—i—i—L_i—

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Фабричная, Ксения Александровна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обзор научной и технической литературы, выполненный по тематике работы показал, что отечественные и зарубежные нормы содержат эмпирические подходы к расчету прочности каменной кладки при сжатии, не отражающие характер разрушения кладок из современных рассмотренных материалов.

2. Разработана методика расчета по прочности при сжатии кладок из пустотелых керамических камней, отражающая фактический механизм разрушения кладки, позволяющая обоснованно увеличить при расчете несущую способность кладки до 2-х раз по сравнению с отечественным нормативным подходом.

3. Сравнение несущей способности кладки, вычисленной по предлагаемой и нормативной методикам с экспериментальными данными, в том числе других авторов, показало сходимость результатов в пределах ±19%, что подтверждает достоверность предлагаемых расчетных выражений

4. Получены новые экспериментальные данные для рассмотренных кладок:

- величины трещинообразующих и разрушающих нагрузок;

- прочностные и деформационные характеристики кладок, в частности временное сопротивление кладки сжатию для кладок из камней 1,4НФ на цементно-песчаном растворе марок от М25 до М100 в диапазонах от 3,76МПа до 7,5 МПа.

5. Для определения прочности кладки при сжатии по методике норм получены корректирующие коэффициенты, учитывающие экспериментальные данные. Для кладки из камней формата 1,4НФ на цементно-песчаном растворе марок от М25 до М150 коэффициент к значениям отечественных норм изменяется в диапазоне от 0,9 до 1,3.

6. Установлены основные зависимости параметров модели разрушения, в частности угол наклона площадки сдвига а, определенный для упругой стадии от 40° до 45°, с использованием компьютерного моделирования НДС камней и кладок.

7. Расчетное сопротивление кладки сжатию, определенное по предлагаемой методике, дает возможность оценивать прочность конструкций при внецентренном сжатии, используя формулы действующих норм проектирования.

8. Использование предлагаемой методики расчета при проектировании зданий, позволяет за счет повышения расчетной прочности кладки, т.е. снижения прочности раствора и камней по сравнению с нормативным подходом, снизить стоимость 1м3 кладки из малоформатных камней на цементно-песчаном растворе на 5 - 9%.

Заключение. Полученные результаты могут быть использованы при исследованиях кладок из других видов пустотелых керамических камней с разработкой методики расчета прочности по деформационной модели.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фабричная, Ксения Александровна, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Барабаш, М.С. ЛИРА 9.2. Примеры расчета и проектирования/ М.С. Барабаш, Ю.В. Гензерский, Д.В. Марченко. - К.: издательство «Факт», 2005г.-106 с.

2. Баранова, Т.И. Сопротивление стен из каменной кладки при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил/ Т.И. Баранова, Н.Н Ласьков, Д.В. Артюшин - М., БСТ, 1998. -С. 17-22.

3. Баранова, Т.И. Метод расчета кирпичных и армокирпичных стен на основе стержневых моделей/ Т.И. Баранова, A.B. Туманов// Промышленное и гражданское строительство. -2001. -№8. -С. 29-31.

4. Бедов, А.И. Проектирование каменных и армокаменных конструкций: Учебное пособие/ А.И. Бедов, Т.А. Щепетьева. -М.: Издательство АСВ, 2003. -240 с.

5. Бедов, А.И. Проектирование, восстановление и усиление каменных и армокаменных конструкций: Учебное пособие/ А.И. Бедов, А.И. Габитов. -М.: Издательство АСВ, 2008. -568 с.

6. Бондаренко, В.М. Железобетонные и каменные конструкции: учеб. для вузов по направлению «Стр-во» и спец. «Пром. и гражд. строительство»/ В.М. Бондаренко [и др]; под ред. В.М. Бондаренко. -М.: Высш. шк., 2002. -878 с.

7. Бруснецов, Г.Н. О развитии методов расчета каменных стен с применением МКЭ/ Г.Н. Бруснецов//Исследования по расчету конструкций и сооружений на различные воздействия. Сборник научных трудов. - М.:ЦНИИСК им. Кучеренко, 1984. -С 74-86

8. Брусенцов, Г.И. Экспериментально-теоретические исследования фрагментов каменной кладки при плоском напряженном состоянии. / Г.И. Брусенцов, В.Э. Будрейка // Сборник трудов.-М.:ЦНИИСК им. Кучеренко В. 1988.

9. Вахненко, П.Ф. Каменные и армокаменные конструкции. - 2-е изд., перераб. и доп./ П.Ф. Вахненко. - Киев: Буд1вильник, 1990. - 184 с.

10. Виндельман, В.Э. Численное моделирование процесса разрушения каменной кладки [Электронный ресурс] / В.Э. Виндельман, Г.Г. Кашеварова, А.Н. Акулова// Пермь, 2004 г. - Режим доступа http:// iii04.pfo-perm.ru

11. Выдержки из Строительных Еврокодов: пособие для студентов строительной специальности: пер. с англ./ X. Гульванесян, О. Букер, Дж. Парк и др. // Издательство МГСУ - М.: 2011. - 720 с.

12. Габидуллин, М.Г. Разработка научных и технологических основ управления структурой и свойствами энерго - и ресурсосберегающей строительной керамики: дисс. ...д-ра техн. наук: 05.23.02/ М.Г. Габидуллин. - Казань, 2007 г. — 286 с.

13. Гениев, Г.А. Прочность легких и ячеистых бетонов при сложных напряженных состояниях/Г.А. Гениев, В.Н. Киссюк, Н.И. Левин, Г.А. Никонова. - М. ЦНИИСК им. Кучеренко В.А. 1978 г.

14. Гениев, Г.А. О критериях прочности ортотропного материала типа каменной кладки при плоском напряженном состоянии. Исследования и методы расчета строительных конструкций/ Г.А. Гениев, А.Н. Воронов. — М. ЦНИИСК им. Кучеренко В.А. 1985 г.

15. Гениев Г.А. Вопросы прочности и пластичности анизотропных материалов.// Г.А. Гениев. A.C. Курбатов, С.А. Самедов. -М. :Интербук., 1993. -187 с.

16. ГОСТ 530-95. Кирпич и камни керамические. Технические условия. Взамен ГОСТ 530 - 80; введ. в действ. 1996-01-07. -М.¡Издательство стандартов, 1996. -32 с.

17. ГОСТ 530-2007. Кирпич и камни керамические. Технические условия. Взамен ГОСТ 530 - 95; введ. в действ. 2008-01-03. -М.:Издательство стандартов, 2007. -32 с.

18. ГОСТ 8462-85. Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе. - Взамен ГОСТ 8162 - 75; введ. в действ. 1986-01-07. -М.:Издательство стандартов, 1985. -6 с.

19. ГОСТ 28013-98*. Растворы строительные. Общие технические условия.-Взамен ГОСТ 28013-89; введ. в действ. 1999-01-07. -М. ¡Издательство стандартов, 1999. -17 с.

20. ГОСТ 5802-86. Растворы строительные. Методы испытаний. Взамен ГОСТ 5802 - 78; введ. в действ. 1986-01-07. -М.¡Издательство стандартов, 1989.-11 с.

21. Донченко, О.М. К развитию теории трещиностойкости и сопротивления кладки при сжатии/О.М. Донченко, И.А. Дегтев// Изв. Вузов. Строительство.- 2000. - №10. - С. 16-20.

22. Еременок, П.Л. Каменные и армокаменные конструкции. Учебник для вузов/П.Л. Еременок, И. П. Еременок И.П. - Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1981.-224 с.

23. Жилые и общественные здания: краткий справочник инженера-конструктора. Том 1. Раздел 5/ под. ред. Ю.А. Дыховичного и В.И. Колчунова. - Ассоциация строительных ВУЗов (АСВ), Москва, 2011. -360 с.

24. Забалуева, Т.Р. История архитектуры и строительной техники/ Т.Р. Забалуева. - М.: Эксмо, 2007. -736 с.

25. Ищенко, И.И. Каменные работы: Учебник дл проф.-техн. училищ.-4-е изд., перераб. и доп. /И.И. Ищенко -М.:Высш.школа, 1982. -240 с.

26. Камейко, В.А. Состояние и основные направления исследований прочности каменных конструкций/В.А. Камейко, С.А. Семенцов// Теоретические и экспериментальные исследования каменных конструкций. Сборник трудов ЦНИИСК. - Стройиздат. М., 1978. -С. 646.

27. Камейко, В.А. Исследования кладки из пустотелых керамических блоков/ В.А. Камейко, Л.М. Ломова// Теоретические и экспериментальные

исследования каменных конструкций. Сборник трудов ЦНИИСК. -Стройиздат. М., 1982. - С. 37-50.

28. Кирпичные блоки POROTON-TE / Mit der wende "Wachsendie wände, Sprechsaal. - 1986. - Bd. 119. - № 4, c. 223, 230, 232, 243-244, ФРГ // Экспресс-информация, серия 19. Промышленность стеновых материалов. Вып. 3, 1987.

29. Комохов, П.Г. Структурная механика разрушения кирпичной кладки/ П.Г. Комохов, Ю.А. Беленцов // Строительные материалы. - 2004. - №. 11. - С. 46-47.

30. Комохов, П.Г. Влияние растворной составляющей на качество кирпичной кладки/ П.Г. Комохов, Ю.А. Беленцов// Строительные материалы. - 2007. -№. 2. - С. 81-82.

31. Котов, И.Т. Исследование прочности кирпичной кладки с незаполненными вертикальными швами/И.Т. Котов//Сборник статей под ред. Онищика Л.И. Гос. изд-во строительной лит-ры. - М., 1950.

32. Ласьков, H.H. Прочность и деформативность стен монолитных, крупнопанельных и каменных зданий: Экспериментально - теоретические исследования, методы расчета, конструирование: автореферат дис... д-ра техн. наук: 05.23.01/ Ласьков Николай Николаевич. - Пенза, 2002. -34с.

33. Ливада, А.Н. Вопросы совершенствования производтва теплоизоляционных керамических изделий/ А.Н. Ливада//Материалы конференции :XV Академические чтения РААСН, КГАСУ-2009 г. С 413415.

34. Лихачева, С.Ю. Моделирование процессов деформирования и разрушения кусочно-однородных сред регулярной структуры с учетом зависимости свойств от вида НДС: дис. ...канд. техн. наук: 01.02.04/ С.Ю. Лихачева. -Нижний Новгород, 2002. -144 с.

35. Наумов, А.Е. Прочность центрально-сжатой кладки с учетом технологических факторов: дис. ...канд. техн. наук: 05.23.01/ Наумов Андрей Евгеньевич. - Белгород,2010. -165 с.

36. Метод расчета стен из каменной кладки на основе каркасно-стержневой модели/ Информ. Листок № 5-99. Пензенский ЦНТИ. - Пенза, 1999. - 4с.

37. Марчукайтис, Г.В. Оценка прочности и деформативности каменной кладки при сжатии согласно СНиП П-22-81* и Eurocode 6/ Г.В. Марчукайтис, Ю.С. Валиванис// Строительные материалы. -2004.-№11-С.48-49.

38. Огородникова, О.М. Конструкционный анализ в среде ANSYS: Учебное пособие/ О.М. Огородникова. Екатиренбург: УГТУ-УПИ. -2004 - 68 с.

39.0нищик, Л.И. Прочность и устойчивость каменных конструкций/ Л.И.Онищик. -М.:ЦНИПС. 1937г. -157 с

40. Онищик, Л.И. Каменные конструкции промышленных и гражданских зданий/ Л.И.Онищик. -М.: Стройиздат, 1939. - 208 с.

41.Пангаев, В.В. Развитие расчетно - экспериментальных методов исследования прочности кладки каменных конструкций: дисс. ...д-ра техн. наук: 05.23.01/ Пангаев Валерий Владимирович - Новосибирск -2009.-267 с.

42. Пангаев, В.В. Разрушение сжатой каменной кладки/В.В. Пангаев// Изв. Вузов. Строительство. - 2000. -№12. - С 7-12.

43. Пангаев, В.В. Модельные исследования напряженно - деформированного состояния каменной кладки при сжатии/ В.В. Пангаев [и др.],// Изв. Вузов. Строительство. -2003. -№2. - С 24-29.

44.Пильдиш, М.Я. Каменные и армокаменные конструкции зданий / М.Я. Пильдиш, C.B. Поляков. - 2-е изд., перераб. - М.: Госстройиздат, 1955. -400 с.

45. Поляков, C.B. Каменные конструкции: Учеб. пособие для строит, спец. вузов и фак./С.В. Поляков, Б.Н. Фалевич. - М: Госстройиздат, 1960. -307с.

46.Поляков, C.B. Производство и применение индустриальных керамических панелей/С.В. Поляков, С.И. Чигрин. -М.: Стройиздат, 1990. - 191 с.

47.Попов, H.H. Проектирование и расчет железобетонных и каменных конструкций: Учеб. для строит. Спец. Вузов. - 2-е изд., перераб и доп./ H.H. Попов,A.B. Забегаев. - М: Высш.шк., 1989. - 400с.

48.Пособие по определению этажности здании с несущими стенами из крупноформатных керамических поризованных камней типа POROTERM/ ЦНИИСК им. В,А,Кучеренко, - М.: -2011. - 9 с.

49.Пособие по проектированию каменных и армокаменных конструкций (к СНиП П-22-81) // ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко Госстроя СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989.

50. Разработка новой методики расчета каменных простенков стен зданий доступного жилья: отчет о НИР по теме РААСН: 2.3.8.1/ Соколов Б.С. -Казань: Казанский государственный архитектурно - строительный университет, 2006. - 52 с.

51. Разработка теоретических основ прочности каменных кладок из керамического пустотелого кирпича при сжатии: отчет о НИР по теме РААСН: 2.3.19/Фабричная К.А. . - Казань: Казанский государственный архитектурно - строительный университет, 2010. - 57 с.

52. Рахимов, Р.З. Сертификационные испытания керамических крупноформатных камней «POROTHERM», выпускаемых на базе ООО «Винербергер Кирпич»/Р.З. Рахимов, М.Г. Габидуллин//Материалы конференции :XV Академические чтения РААСН, КГАСУ-2009. - С 431435.

53. Рекомендации по применению камней POROTERM для несущих наружных стен. Методика расчета несущей способности. Исследование прочности и деформативности кладки при центральном сжатии.// ЦНИИСК им. В,А,Кучеренко, М-2009г- 32 с.

54. Рекомендации по применению керамических крупноформатных камней для стен жилых, общественных и промышленных зданий ЗАО «ПОБЕДА/KNAUF » [Электронный ресурс]. - Кодекс.

55. Рекомендации по проектированию и возведению стен и перегородок зданий из крупноформатных пустотно-поризованных керамических камней произ-водства ЗАО «Самарский комбинат керамических материалов» - издание второе. [Электронный ресурс] - Самара, 2012г. -Режим доступа http://www.skkm.ru/el07_docs/doc/recomend.pdf.

56. Розенблюмас, A.M. Каменные конструкции/ A.M. Розенблюмас. - М.: Изд-во «Высшая школа», 1964. - 302 с.

57. Рохлин, И.А. Расчет керамических конструкций/И.А. Рохлин. -Госстройздат УССР. - Киев, 1956. - 289 с.

58. Салахов, A.M. Производство строительной керамики/А.М. Салахов, В.И. Ремизникова, О.В. Спирина, А.Ю. Мочалов. - Казань: Центр инновационных технологий, 2003. - 292 с.

59. Салахов A.M. Увлекательная керамика /A.M. Салахов. - Казань, 2002. -304 с.

60. Семенцов С.А. Современные проблемы строительных конструкций. Каменные конструкции/ С.А. Семенцов. - Гос. изд-во литературы по строительству и архитектуре. - М., 1953. - 176 с.

61. СП 15.13330.2012. Каменные и армокаменные конструкции. Свод правил. Актуализированная редакция СНиП П-22-81* // Министерство регионального развития Российской Федерации. - М.: ООО «Аналитик». -2012-74 с.

62. Соколов Б.С. Теоретические основы сопротивления бетона и железобетона при сжатии/ Б.С. Соколов // Известия вузов. Строительство. - 1993. -№ 9. -С 39-42.

63. Соколов, Б.С. Физическая модель разрушения каменных кладок при сжатии/ Б.С. Соколов// Известия вузов. Строительство. - 2002. - № 9. - С 4-9.

64. Соколов, Б.С. Теория силового сопротивления анизотропных материалов сжатию и ее практическое применение: Монография/ Б.С. Соколов-Издательство АСВ -М.: 2011.-160 с.

65.Соколов, Б.С. Исследования сжатых элементов каменных и армокаменных конструкций. Научное издание/Б.С. Соколов, А.Б. Антаков. -Издательство АСВ - М.: 2010. - 104 с.

66.Соколов, Б.С., Антаков А.Б. Фабричная К.А. Прочностные свойства кирпича и керамических камней, выпускаемых на вновь построенных заводах республики Татарстан/Б.С. Соколов, А. Б. Антаков, К. А. Фабричная // Материалы конференции :XV Академические чтения РААСН, КГ АСУ - Казань. - 2009. - № 2. - С.62 - 66.

67.Соколов, Б.С. Исследования кладок из пустотелого кирпича 1,4 НФ/ Б.С. Соколов, А. Б. Антаков, К. А. Фабричная // Известия КазГАСУ-2009. -№ 2(12). - С. 134-139.

68.Соколов Б.С., Антаков А.Б. Фабричная К.А. Исследования кладок из пустотелого кирпича 1,4 НФ с термовкладышами/ Б.С. Соколов, А. Б. Антаков, К. А. Фабричная // Известия КазГАСУ.-2010. - №1(13). - С.155 -161.

69.Соколов, Б.С.. Комплексные исследования прочности пустотело-поризованных керамических камней и кладок при сжатии/ Б.С. Соколов, А. Б. Антаков, К. А. Фабричная // Вестник гражданских инженеров. СпбГАСУ. -2012. -№5(34). -С.65 -71.

70. Стеновые блоки с улучшенными теплотехническими свойствами (Венгрия) /Экспресс-информация, серия 25. Промышленность стеновых материалов, пористых заполнителей и местных вяжущих. Вып. 1, 1987.

71. Теоретические и экспериментальные исследования каменных конструкций. Сборник трудов. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1978. - 169 с.

72. Фабричная, К.А. Исследования прочностных характеристик пустотелых кирпичей 1,4 НФ, изготовленных заводом «Ключищенская керамика» // Сборник научных трудов КГАСУ. - Казань, 2009. - С. 41-45.

73. Фабричная, К.А. Исследования прочностных свойств пустотелых керамических кирпичей и камней/ К.А.Фабричная // «Научному прогрессу

- творчество молодых», международная научн. молодежной научной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам: сборник материалов (Йошкар-Ола,16-17 апреля 2010г.): в 3 ч. - Ч.З -Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2010.-С. 220-221.

74. Фабричная, К.А. Компьютерное моделирование элементов каменной кладки/ К.А.Фабричная // «Научному прогрессу - творчество молодых», международная научн. молодежной научной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам: сборник материалов (Йошкар-Ола, 16-17 апреля 2010г.): в 3 ч. - Ч.З - Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2011. - С. 148 - 149.

75. Фабричная, К.А. Использование компьютерных технологий при исследовании НДС пустотело-поризованных керамических камней при сжатии/ К.А.Фабричная // Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции: материалы I Международной (VII Всероссийской) конференции. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та. 2012 - С. 157-159.

76. Хуснуллин, М.Ш. Состояние и перспективы развития ресурсо- и энергосберегающего кирпичного домостроения в Республике Татарстан/ М.Ш. Хуснуллин, Б.П. Тарасевич// Дизайн и новая архитектура. - 2005. -№ 18-19.-С. 134- 136 (часть 1);-№ 20-21, -С. 136-139 (часть 2).

77.BINDA, L. Mechanical behavior of brick masonries derived from unit and mortar characteristics/ L. BINDA, A. FONTANA, G. FRIGERIO// Proc. 8th Int. Brick and Block Masonry Conf., Ed. J.W. de Courcy, Elsevier Applied Science, London, 1988. -Pp.205-216.

78. Hendry, A.W. Design of Masonry Structures/ A.W. Hendry, P.B. Sinha, S.R. Davies. -Taylor&Fransis e-Library - 2004. - 278 p.

79. Hendry, A.W. Masonry wall constructions/ A.W. Hendry, F.M. Khalaf. -Taylor&Fransis e-Library -2003. -117 p.

80. Mann, W. Investigations on the effect of different forms of test samples to test the compressive strength of masonry/W. Mann, M. Betzler// Proc. 10th Int. Brick and Block Masonry Conf., Ed. N.G. Shrive and A. Huizer, Calgary, Alberta, 1994. -Pp. 1305-1313.

81.Mollins, C. Characterisation of the mechanical behaviour of masonry', Structural Analysis of Historical Constructions: Possibilities of Numerical and Experimental Techniques/C. Mollins, Ed. P. Roca et al. - CIMNE, Barcelona, 1997.-Pp.86-122.

82. Lourenijo P.B. Experimental and numerical issues in the modeling of the mechanical behavior of masonry/ Structural analysis of historical construction II / P. Roca, J.L. González, E. Oñate, P.B. Lourenfo (Eds.). - CIMNE, Barcelona, 1998.-35 p.

83. PAGE, A.W. - Finite element model for masonry/ A.W. PAGE// J. Struc. Div., ASCE-1978. -104(8). -Pp. 1267-1285.

84. PAGE, A.W. - The biaxial compressive strength of brick masonry/ A.W. PAGE// Proc. Intsn. Civ. Engrs.-l981. - Part 2, 71. - Pp. 893-906.

85. PAGE, A.W. - The strength of brick masonry under biaxial compression-tension/ A.W. PAGE// Int. J. Masonry Constr. -1983. -3(1). - Pp. 26-31.

86. PLUIJM, R. Material properties of masonry and its components under tension and shear/R. PLUIJM, VAN DER// Proc. 6th Canadian Masonry Symp., Ed. V.V.Neis, Saskatoon, Saskatchewan, 1992.-Pp.675-686.

87. ROTS, J.G. - Numerical simulation of cracking in structural masonry/ J.G. ROTS//Heron. 1991. - 36(2). -P. 49-63.

88. SCHUBERT, P. The influence of mortar on the strength of masonry/ P. SCHUBERT//Proc. 8th Int. Brick and Block Masonry Conf., Ed. J.W. de Courcy, Elsevier Applied Science, London, 1988.-Pp. 162-174.

89. Zuccyini, A. Mechanics of masonry in compression. Result from a homogenization approach/ A. Zuccyini, P.B. Louren?o P.B// Computers and structures. - 85 (2007). -Pp. 193-204.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СОПРОТИВЛЕНИЯ КЛАДКИ СЖАТИЮ

На основе выражения (1.20) и описанной в главе 4 методики расчета по прочности для исследованных материалов предложена методика оценки сопротивления кладки сжатию, отражающая фактический механизм разрушения в зависимости от прочностных характеристик камней на срез, растяжение и прочности раствора на сжатие. Формула (1.20) уточнена использованием коэффициента кз, учитывающего влияние прочности раствора, установленного по экспериментальным данным, и имеет вид:

ЯВф Я, - сопротивления камня сдвигу и растяжению;

А, АцЧ, Аф А, - расчетные площади поперечного сечения элемента,

поверхностей сдвига, раздавливания и отрыва;

кз - коэффициент, учитывающий прочности раствора;

а - угол наклона поверхностей клина к плоскости грузовой площадки, определяемый по формуле (4.2).

Значения коэффициентов к3, кь к5д и угла а, изменяющихся в зависимости от марки раствора и вида камня, определены для всех рассмотренных видов кладки и приведены в таблице 1.

Подставив табличные значения в формулу (1), получим условие прочности кладки при заданной марке раствора от прочностных характеристик кирпича:

Я = къ Ск, • Я, • сЩа + кщ • Ящ • --),

1

(1)

где

(2)

Камни 1,4НФМ200: Лт =4.54-Л, +2.36-Я

¡д

Я25 = 2.86- Я, +1Л4-Я

=2.1-Л,+1.2-Л

ЛМ 21

(3)

Камни 1.4НФМ150: Ят =4.71-Л, + 2.53-Л„

Я25 = 2.81 • Я, +1.34- Ям/

клмг\ =2.13-/г, +\.Ъ2-ЯЩ (4)

Камни 2НФ: Я150 = 5.67 • Я, + 2.83 • Я5Ч (5)

Камни 10,7НФ: Д50 = 7.2 • Л, +1.94 • (6)

Камни 14,ЗНФ: Я50 = 7.07-Я, + 1.88-Д (7)

Таблица 1. Значения коэффициентов и угла а для исследованных кладок

Камень 1,4 НФ М200 1,4 НФМ150 2НФ М100 10,7 НФ М75 14,3 НФ М75

Раствор М100 М25 ЛМ 21 М100 М25 ЛМ21 М150 М50 М50

кз 0,68 0,51 0,50 0,67 0,52 0,57 0,76 0,58 0,50

кг 21,50 14,00 7,90 25,10 12,85 7,30 25,70 37,6 45,60

3,30 2,60 2,10 3,62 2,35 2,00 3,57 3,18 3,60

а 70,3 66,1 64,1 69,7 65,8 64,3 68,9 71,7 72,7

Сравнение результатов, полученных по предложенным формулам (3-7), с экспериментальными значениями временного сопротивления кладки сжатию показало сходимость результатов в пределах 20%.

Разработанная методика определения расчетного сопротивления кладки сжатию позволяет оценивать прочность конструкций при осевом и внецентренном сжатии, используя формулы СП [61].

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДИКИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Предлагаемая методика позволяет за счет повышения расчетной прочности кладки при проектировании зданий снизить требуемую прочность раствора и камней по сравнению с нормативным подходом. При определении экономического эффекта снижения стоимости 1м3 различных видов кладки использована рыночная стоимость материалов на территории РТ по состоянию на март 2013 г., приведенная в таблице 2.

Таблица 2. Показатели элементов кладки

Показатели МНФ1 2НФ2 10,7НФ3 14,33НФ

Марки камней М100 М 125-М 150 М100 М125 М75 М75

Стоимость 1 шт., руб 14,50 15,00 14,00 15,00 110,60 125,80

Расход камней на 1 м3кладки, шт. 292 195 45,5 33,9

Расход раствора, м3 на1 м3 кладки 0,227 0,200 0,061

Марки цементно-песчаного раствора М150 М100 М75 М50

Стоимость 1 м3 раствора, руб 2720 2500 2340 2080

1. Завод «Ключищенская керамика» ЗАО «ФОН», Ключищи, РТ.

2. Завод «Керамика Синтез», Шеланга, РТ.

3. Завод «Винербергер Куркачи», Куркачи, РТ.

В таблице 3 приведено сопоставление стоимости составляющих материалов и кладки в целом с учетом возможности увеличения расчетного сопротивления кладки сжатию до 2-х раз.

Таблица 3. Сопоставление стоимости составляющих материалов и кладок

Показатели Элементы кладки Экономический эффект, руб Экономический эффект, %

1,4 НФ

Марки камней М150 М75 292,0 9,3

Стоимость камней, руб 4088,0 4380,0

Марки раствора М150 М75 86,26 16,0

Стоимость раствора, руб 617,44 531,18

Стоимость Л 1 м кладки, руб 4997,4 4619,18 378,26 8,2

2,1 НФ

Марки камней М125 М100 195,0 9,3

Стоимость камней, руб 2730,0 2925,0

Марки раствора М150 М75 86,26 16,0

Стоимость раствора, руб 617,44 531,18

Стоимость 1 м3 кладки, руб 3621,18 3542,44 281,3 9,2

10,7 НФ, 14,3 НФ

Марки раствора М75 М50 4,16 12

Стоимость раствора, руб 37,44 33,28

Сравнение результатов, приведенных в таблице, показало максимальный экономический эффект снижения стоимости 1м3 кладок из малоформатных камней, составивший до 9%. Для кладок из крупноформатных элементов, ввиду отсутствия разных марок камней по прочности, экономический эффект достигается снижением стоимости раствора на 12%.

АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ КЛАДКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕОРИИ СОПРОТИВЛЕНИЯ АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ СЖАТИЮ

Блок-схема 1. (начало)

23--

Конец