Експериментальне дослідження кам’яної та армокам’яної кладки при односторонньому центральному та кутовому зминанні

Размещено на http://allbest.ru

Полтавський Національний технічний університет імені Юрія Кондратюка

УДК 624.046:624.012.25

Експериментальне дослідження кам'яної та армокам'яної кладки при односторонньому центральному та кутовому зминанні

Довженко О.О. к.т.н., доцент,

Пінчук Н.М. аспірант

м. Полтава

Вступ

Місцеве стиснення є одним з найбільш розповсюджених видів роботи кам'яних конструкцій. Воно виникає в кладці при дії навантаження на обмежену площу. Кінці прогонів, балок, ферм, плит перекриття, підкранових балок майже завжди спираються не по всьому перерізу, а лише на частину стіни чи стовпа.

Місцеве стиснення виникає і біля верхніх перерізів фундаментів, бо вони зазвичай більші ніж нижні перерізи стін та стовпів, що спираються на фундаменти.

Аналіз останніх досліджень

Експериментальні дослідження кам'яної кладки при місцевому стисненні проводив професор Оніщик Л.І. [1]. Він розглядав випадок центрального одностороннього зминання з різними розмірами площадки завантаження.

Семенцов С.А. [2] випробовував зразки з повнотілої та пустотілої цегли на кутове зминання. Було встановлено, що при відношенні площі поверхні зразка до площі зминання менше ніж 2 руйнування відбувалося шляхом зрізу. При відношенні більше 2 характер руйнування різко змінювався: при навантаженнях, які становили 60-70% від граничних розвивалися вертикальні тріщини, до моменту руйнування від масиву кладки повністю відділявся стовпчик із розмірами перерізу штампа. Цей стовпчик руйнувався так як і при осьовому стискові.

Шишкін А.А. та Бірюков А.Н. [3] проводили випробування цегляних та армоцегляних зразків таврового перерізу, які моделювали вузол обпирання великопролітної балки на цегляну пілястру стіни. Експерименти проводилися для з'ясування можливих причин аварії, при якій відбулося падіння 18-ти метрової балки в наслідок руйнування пілястри.

Досліджувалася міцність та напружено-деформований стан краю пілястри, що знаходився під навантаженням, в залежності від розмірів розподільчої плити та ексцентриситету прикладання сили.

В експериментах окрім зрізу пілястри спостерігався випадок руйнування не передбачений СНіП (утворення вертикальної тріщини та відокремлення пілястри від стіни). Одним із методів підвищення міцності такого вузла є армування пілястри. Пропонується армувати ділянку кладки під опорою на висоту, що не перевищує дві довжини розподільчої плити.

Бірюков А.Н. [4] також провів експериментальне дослідження підсилених стовпів таврового перерізу металевими та залізобетонним обоймами та встановив, що достатньо підсилювати частину пілястри під опорною плитою на висоту 1-1,5м та запропонував ряд рекомендацій щодо його влаштування. Шаповал С.Л. [5] у ході досліджень вивчала роботу цегляної кладки при місцевому стисненні у разі прикладання навантаження по всій товщині стіни посередині та на край зразка.

У випадку центрального зминання в залежності від величини відношення довжини площадки завантаження до довжини зразка спостерігалося два характерних види руйнування.

При менших відношеннях зазначеного параметра руйнування відбувалося шляхом утворення під штампом клина, від якого відходила вертикальна тріщина, зразок розколювався майже навпіл. При більших відношеннях відбувалося несиметричне руйнування: утворювався несиметричний клин, від вершини якого відходили похилі тріщини. При кутовому зминанні також спостерігалися дві форми руйнування: сколювання кута елемента та роздавлювання стовпчика з розмірами перерізу штампа, що відокремлювався від зразка (так як і в [2]).

Постановка мети і задач досліджень

Згідно норм, визначальними факторами міцності кам'яної кладки при зминанні є розрахунковий опір кладки стисненню і відношення так званої «розрахункової» площі до площі зминання .

Формула СНіП є наближеною, вона не дозволяє охопити всі випадки, що зустрічаються у практиці будівництва, в ряді випадків дає значне розходження з даними експерименту [2, 5].

Для армоцегляних елементів крім того не врахований різний характер роботи арматури в зонах відриву та зсуву, в ній окрім розтягу виникає згин, яким СНіП нехтує.

Метою експериментальних досліджень було вивчення поведінки зразків під час навантаження, деформованого стану арматури сіток (для армоцегляних стінок), визначення форми руйнування та граничного навантаження в залежності від відношення та кількості і характеру армування.

Методика досліджень

Для досягнення поставленої мети було виготовлено 2 серії дослідних зразків: перша складалася із 6 стінок розмірами =1050Ч250Ч1050 мм; 3 із яких були цегляними, а 3 - армованими сітками з дроту Ш 4 мм Вр-І і розмірами чарунки 50 мм. Сітки вкладалися через 3 ряди по висоті кладки. Кожна пара зразків випробовувалася на центральне одностороннє зминання штампом відповідного розміру: , , , при цьому , , .

У рамках другої серії розміри одного цегляного та 8 армоцегляних зразків (=630Ч250Ч630 мм) і площадки завантаження () були постійними, при цьому варіювався діаметр арматури сіток (Ш 3 та Ш 5 мм Вр-І) та характер їх розміщення по висоті зразка (1, 2, 3 сітки в кожному ряду безпосередньо в зоні зминання (рис. 1, а) або рівномірно через 3 ряди кладки по висоті зразка (рис. 1, б)). Після випробування цегляних та армоцегляних зразків на одностороннє зминання планувалося провести їх випробування навантаженням прикладеним на край зразка.

Поверхня зразків оштукатурювалася для кращого спостереження за їх поведінкою під час навантаження. Для вимірювання деформацій поздовжньої арматури сіток на стрижні наклеювалися тензорезистори з базою 5 мм, які розміщувалися попарно з двох діаметральних сторін арматурного стрижня (рис. 1). кам'яний арматура деформація руйнування

а б

Рис. 1. Схема розміщення тензорезисторів на поздовжній арматурі сіток зразка: а - 2ЗАЦ-0,24-5, б - 2ЗАЦ-0,24-5-3

Відліки за тензорезисторами знімалися електронним вимірювачем деформацій типу АВД-4. Навантаження прикладалося ступенями по 1/10 від очікуваного руйнівного, з витримкою 5…6 хвилин на кожному ступені. У цей час здійснювався огляд зразка, фіксувалася поява та розвиток тріщин.

Результати досліджень

При односторонньому центральному зминанні у всіх зразках під площадкою навантаження утворювався клин ущільнення, його розміри визначалися розмірами площадки навантаження. Від вершини клина починали розповсюджуватися вертикальні тріщини розколювання. У зразках із площадкою навантаження в останній момент утворювалася і миттєво розповсюджувалася похила тріщина, яка з'єднувала вершину клина з нижнім кутом зразка. На нашу думку несиметричний характер руйнування зразка при симетричному завантаженні можна пояснити лише нерівномірністю його передачі.

Армування принципово не змінювало характер руйнування стінок, а лише збільшувало граничне навантаження.

Характер руйнування цегляних та армоцегляних зразків представлений на рис. 4 та 5 відповідно.

Дані про граничне навантаження та характеристики дослідних зразків наведені в табл. 1.

У ході експериментального дослідження армоцегляних стінок при центральному зминанні було виявлено, що при рівномірному розташуванні арматури по висоті зразка першими (при навантаженні 0,3-0,4) включаються в роботу поздовжні стрижні арматурної сітки верхнього ряду, потім стрижні 2-го ряду при навантаженні 0,4-0,5 та 3-го ряду при 0,6-0,7. У результаті аналізу залежностей «» встановлено, що арматура верхньої сітки на момент руйнування зазнає граничних деформацій, які відповідають межі текучості (рис. 2). Арматурні стержні в сітках нижнього ряду, на момент руйнування не повністю вичерпують свій ресурс. При розташуванні сіток безпосередньо в межах клину ущільнення в ході навантаження всі сітки працюють рівномірно і напруження в них на момент руйнування досягають граничних (рис. 3).

За даними тензорезисторів, розташованих на арматурі сіток з двох діаметрально протилежних сторін стрижня та в результаті огляду зразків після випробування можна зауважити, що у арматури верхніх сіток зразка присутній нагельний ефект.

Характер руйнування цегляних та армоцегляних зразків при односторонньому кутовому зминанні не відрізнявся (рис. 6, 7). В залежності від відношення зразки руйнувалися по різному: при менших 0,16 руйнування відбувалося шляхом зрізу, а при більших у процесі руйнування від поверхні зразка відділявся стовпчик з розмірами штампа, який руйнувався так як і при осьовому стискові.

Рис. 2. Графіки деформацій у поздовжніх стержнях сіток зразка 2ЗАЦ-0,24-5

Рис. 3. Графіки деформацій у поздовжніх стержнях сіток зразка 2ЗАЦ-0,24-5-3

Рис. 4. Характер руйнування цегляних зразків при односторонньому центральному зминанні.

Рис. 5. Характер руйнування армоцегляних зразків при односторонньому центральному зминанні.

Рис. 6. Характер руйнування цегляних зразків при односторонньому кутовому зминанні.

Рис. 7. Характер руйнування армоцегляних зразків при односторонньому кутовому зминанні.

Таблиця 1

Результати випробування цегляних та армоцегляних стінок

Висновки

Виконані експериментальні дослідження дозволяють зробити наступні висновки: характер руйнування цегляних та армоцегляних стінок при зминанні принципово не відрізняється. При центральному односторонньому прикладанні навантаження під поверхнею штампа утворюється клин ущільнення, від вершини якого починаються тріщини розколювання.

Зі збільшенням відношення зменшується несуча здатність елемента та збільшуються розміри зони стиснення під штампом (клина ущільнення).

При односторонньому кутовому зминанні спостерігається два види руйнування залежно від : при менших руйнування відбувається шляхом зрізу, при більших в результаті руйнування стовпчика під поверхнею штампа. Армування цегляної стінки підвищує її несучу здатність.

Міцність при зминанні залежить від характеристик міцності кладки , і арматури , параметру та кількості і характеру армування. Аналіз деформацій арматури дозволяє твердити про нагельний ефект, що виникає в арматурі сіток, які знаходяться в зоні клина ущільнення.

Бібліографія

1. Онищик Л.И. Каменные конструкции промышленных и гражданских зданий. М., Л.: Госстройиздат, 1939. 83 с.

2. Семенцов С.А. Местное и внецентренное сжатие бетона и кладки// Строительная механика и расчет сооружений. - 1959. - № 1.- С.11-19.

3. Шишкин А.А., Бирюков А.Н. Исследование причин повреждений опор под концами балок // Анализ причин аварий и поврежденных строительных конструкций - Вып. 3 - ЦНИИСК - М. - 1965 - с.123-151.

4. Бирюков А.Н. Усиление деформированных опор // Анализ причин аварий и поврежденных строительных конструкций - Вып. 3 - ЦНИИСК - М. - 1965 - с.152-159.

5. Шаповал С.Л. Напружено-деформований стан та міцність цегляної кладки при місцевому її стисненні: Дис. … канд. техн. наук: 05.23.01 /Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка.- Полтава: ПНТУ, 2005. - 170 с.

Анотація

УДК 624.046:624.012.25

Експериментальне дослідження кам'яної та армокам'яної кладки при односторонньому центральному та кутовому зминанні. Довженко О.О. к.т.н., доцент, Пінчук Н.М. аспірант (Полтавський Національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, м. Полтава)

Викладені результати експериментальних досліджень цегляної та армоцегляної кладки при односторонньому центральному та кутовому зминанні.

Размещено на Allbest.ru