авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Развитие расчетно-экспериментальных методов исследования прочности кладки каменных конструкций

-- [ Страница 3 ] --

Для получения прочностных характеристик раствора исполь­зованы зависимости тяжелых, в том числе мелкозернистых, бетонов, представ­ленные в работах В.Н. Байкова, В.И. Мурашова, Н.Н. Попова и адаптированные применительно к растворам. Было учтено соотношение между пределами прочности при растяжении тяжелого и мелкозернистого бетонов группы Б и выполнено приведение пределов прочности к пределу прочности куба базового для раствора размера. Формулы взаимосвязи пределов прочности рас­твора с его кубиковой прочностью R имеют вид:

Предел прочности при сжатии (призм): Rsol =0,64R

Предел прочности при растяжении: , R в кг/см2.

Предел прочности при срезе:

Было показано, что средние пределы прочности раствора Rsol,u, Rsol,t,u, Rsol,sh,u следует принять в качестве основных характеристик прочности для анализа НДС и определения расчетных сопротивлений раствора.

4.2. Кирпич. Модуль упругости кирпича пластического формова­ния по справочным данным находится в интервале Е0=2001200R1 (R1 – предел прочности кирпича при сжатии, полученный стан­дартными испытаниями), коэффициент Пуассона - 0,080,12. В работах Л.И. Онищика указанный модуль составлял Е0=400500R1. В опытах С.А. Семенцова по сжатию призм из шлифованных кирпичей модуль упругости кирпича равнялся Е0=500900 R1. Для современного кирпича пластического формо­вания характерны более высокие значения модулей упругости: Е0=9001000R1.

По данным Л.И. Онищика и С.А. Семенцова установлена взаимосвязь предела прочности при сжатии R1 со средними пределами прочности при растяжении и срезе. Указанные пределы приняты в качестве основных харак­теристик прочности кирпича для анализа его НДС и определения расчетных сопротивлений.

4.3. Кладка. В расчетах конструкций зданий и сооружений мо­дуль упругости кладки определяется через средний предел проч­ности кладки при сжатии Ru и упругую характеристику кладки. Выпол­ненные в объеме диссертации испытания образцов подтвердили возможность та­кого подхода.

При сжимающих напряжениях, вызывающих неупругие дефор­мации, следует использовать средний модуль кладки, по зависи­мости, предложенной Л.И. Онищиком. Испытаниями кладки установлено влияние напряжений на ее коэффициент Пуассона.

В результате получены модули упругости, средние модули и коэффициенты Пуассона материалов кладки и самой кладки, необходимые для расчетов численными методами. Было выявлено влияние нагрузки на значения средних модулей и коэффициентов Пуассона. Появилась возможность с помощью математического моделирования учесть взаимодействие кирпича и рас­твора, взаимодействие тычковых и ложковых рядов кладки и оп­ределить реальные напряжения в кирпиче и растворе кладки. Был сформирован общий расчетно-экспериментальный метод исследования прочности кладки каменных конструкций. Структура метода приведена на рис. 8. Отметим, что порядок расположения моделей на схеме в «почтовом ящике» (порядок введения входных параметров) не влияет на результаты расчета.

 Структура-8

Рис. 8. Структура расчетно-экспериментального метода исследования прочности кладки каменных конструкций.

В пятой главе «Методика расчета и анализа напряженно-де­формированного состояния каменной кладки» дана блок-схема, рис. 9, и разработаны положения расчета кладки по условиям прочности кирпича и раствора:

- для кирпича эк Rbr,t, max Rbr,sh ;

- для раствора эк Rsol,t, max Rsol,sh,

где для кирпича Rbr,t= Rbr,t,u /kbr, Rbr,sh= Rbr,sh,u /kbr, для рас­твора Rsol,t= Rsol,t,u /ksol, Rsol,sh= Rsol,sh,u /ksol. Величины Rbr,t.u и Rbr,sh,u, Rsol,t.u и Rsol,sh,u – средние пределы прочности кирпича и раствора при растяжении и срезе. Величины kbr и ksol – коэффициенты на­дежности по кирпичу и раствору.

Переход от средних пределов прочности кирпича и раствора к сопротивлениям с нормированной обеспеченностью не менее 95% и далее к расчетным сопротивлениям был выполнен в соответст­вии с методикой, применявшейся в современных нормах проекти­рования. В результате было получено: для кирпича kbr=2, для рас­твора ksol=2, что совпадает с коэффициентом, принятым для кладки из кирпича в расчетах каменных конструкций.

По результатам расчета, выполненного в соответствии с требованиями норм проектирования, назначаются нагрузки и характеристики жесткости КЭ моделей, далее производится расчет НДС кладки. То есть, разработанная нами методика не заменяет, а уточняет расчеты по нормам и является их продолжением.

Методика расчета и анализа НДС позволяет получить дополнительные сведения о кирпиче и растворе непосредственно в нагруженной кладке. На их основе производится проверка прочности материалов кладки: кирпича ложковых рядов при растяжении и при срезе; кирпича тычковых рядов при растяжении и при срезе; раствора горизонтальных швов при растяжении и при срезе. Производится всесторонний анализ состояния нагруженной кладки.

При несоблюдении условий прочности (одного или нескольких) результаты расчета, выполненного по нормам, корректируются. Корректировка заключается в изменении марки кирпича или марки раствора, или в изменении системы перевязки кладки. Возможен расчет как центрально, так и внецентренно сжатых элементов каменных конструкций.

1. Расчет конструкций по СНиП II-22-81*, определе­ние сжимающих напряжений в кладке, кладки, назна­чение марок кирпича и раствора кладки

2. Назначение нагрузки и харак­теристик жесткости моделям для расчета НДС кладки:

pz = кладки, Еbr, br, Еsol, sol, Екладки, кладки

2.1. Модель для расчета НДС кладки в направлении ложковых рядов кирпича

2.2. Модель для расчета НДС кладки в направлении тычковых рядов кирпича

3. Расчет моделей и получение исходных данных для анализа НДС кладки

3.1. Данные для анализа НДС ложкового кирпича (1, 3) и раствора (1, 3)

3.2. Данные для анализа НДС тычкового

кирпича (1, 3)

4. Анализ НДС кирпича и раствора кладки

4.1. Проверка условий прочности кирпича: эк Rbr,t, max Rbr,sh

4.2. Проверка условий прочности раствора: эк Rsol,t, max Rsol,sh

Корректировка результатов расчета 1,

повторное выполнение расчета по 2,3,4

Рис.9. Блок-схема расчета каменных конструкций с учетом НДС кладки.

В шестой главе«Моделирование напряженно-деформированного состояния каменной кладки» выполнено решение задачи о причи­нах и последовательности разрушения многорядной кладки при сжатии и задачи об особенностях работы пустотелого кирпича в кладке.

6.1. Напряженно-деформированное состояние кладки в направле­нии тычковых рядов кирпича. На рис. 10 приведено изменение относительных значений главных х растягивающих напряжений в кирпиче тычко­вых рядов кладок разной толщины (размер «а») при различных сжимающих напряжениях.

Рис. 10. Влияние толщины кладки и нагрузки на относительные значения главных растягивающих напряжений х (1) в кирпиче тычковых рядов.

На рис. 11 показано влияние сжимающих напряжений на относительные значения главных и эквивалентных эк растягивающих напряжений в кир­пиче тычковых рядов кладки.

 Относительные значения-10

Рис. 11. Относительные значения растягивающих напряжений эк и х в кирпиче тычковых рядов при сжатии кладки.

Анализ полученных зависимостей позволяет сделать выводы:

При сжатии многорядной кладки кирпич тычковых рядов в гори­зонтальном направлении всегда растянут. Максимальные растяги­вающие напряжения формируются в середине сечения кладки, рис. 7. Чем толще кладка, тем значительнее напряжения, рис. 10.

После разделения кладки первой трещиной растягивающие на­пряжения в сечении кладки снижаются, следует из рис.10. С рос­том нагрузки продолжается дальнейшее расслоение кладки, рис.7.

Разрушение кирпича тычковых рядов (разрыв) возможно при напряжениях сжатия кладки близких к 0,5Ru, рис. 11, (Ru – средний предел прочности кладки при сжатии).

Отметим, что данные, полученные на основе математического моделирования, учитывают марки материалов и конструкцию кладки. Анализ выполнен по количественным результатам расчета.

6.2 Напряженно-деформированное состояние кладки в направле­нии ложковых рядов кирпича. На рис. 12 приведено изменение относительных значений главных растягивающих напряжений в кирпиче ложковых рядов в зависимости от длины нагруженного фрагмента кладки (размер «а») при различных сжимающих напряжениях. На рис. 13 показано влияние сжимающих напряжений на относительные значения эквивалентных и главных растягивающих напряжений в кирпиче ложковых рядов кладки. Здесь и далее рассмотрено наиболее распространенное взаимодействие кирпича и раствора в кладке: в горизонтальном направлении кирпич растянут, раствор сжат.

 Влияние длины фрагмента кладки и-11

Рис. 12. Влияние длины фрагмента кладки и нагрузки на относительные значения главных растягивающих напряжений х (1) в кирпиче ложковых рядов.

 Относительные значения-12

Рис. 13. Относительные значения растягивающих напряжений эк и х в кирпиче ложковых рядов при сжатии кладки.

Анализ полученных зависимостей позволяет сделать выводы:

Влияние длины фрагмента кладки на значения главных растяги­вающих напряжений утрачивается при длине 510 мм, рис. 12.

Разрушение кирпича ложковых рядов возможно при напряже­ниях (0,8-0,9)Ru, более значительных, чем в случае разрушения кирпича тычковых рядов, рис. 13.

Наибольшие напряжения в кирпиче ложковых рядов формиру­ются на расстоянии 100-150 мм от граней проема, рис. 4. Именно в этом месте образуется первая трещина в расслоившейся кладке.

6.3. О порядке разрушения многорядной кладки. На основании проведенных исследований выявлен следующий порядок разрушения многоряд­ной кладки. При сжимающих напряжениях z>0,5Ru образуется трещина разрыва кирпича тычковых рядов в средней части кладки. После этого значения наибольших растя­гивающих напряжений в кирпиче тычковых рядов снижаются и перемещаются в централь­ные области разделившихся слоев. Рост сжимающих напряжений вызывает последующее расслоение кладки. Далее происходит образование трещин в направлении ложковых рядов и разрушение отдельных вертикальных элементов расслоив­шейся кладки.

6.4. О причинах разрушения элементов расслоившейся кладки. Считается, что разрушение кладки происходит «в связи с про­дольным изги­бом тонких внецентренно сжатых ветвей» (С.В. Поляков).

Показано, что одной из причин окончательного разрушения кладки явля­ется смещение трещин разрыва кирпича тычковых рядов при рас­слоении. В слоях кладки образуются дефекты - вырезы. Дефекты сечения (неоднородность сечения) являются местами концентрации напряжений, вызываю­щей их увеличение до шести и более раз по сравнению со средним по сечению значением. Коэффициенты концентрации напряже­ний у вырезов и отверстий определялись исследованиями с приме­нением метода фотоупругости.

В результате установлены последовательность и причины разрушения кладки при сжатии:

- при напряжениях 0,5-0,8 от временного сопротивле­ния сжатию кладки начинается расслоение кладки, рис.14;

- при напряжениях составляющих 0,8-1,0 от времен­ного сопротивления сжатию кладки происходит деление образо­вавшихся слоев на отдельные вертикальные элементы, рис. 15;

- при напряжениях, близких к временному сопротивлению сжатию кладки, происходит разрушение вертикальных элементов расслоив­шейся кладки, рис. 16.

Причина возникновения напряжений, вызывающих расслоение сжатой кладки – различие физических свойств, модулей упругости и коэффициентов Пуассона, участков тыч­ковых и ложковых рядов (неоднородность конструкции кладки).

Причина деления слоев на отдельные вертикальные элементы – напряжения, возникающие под влиянием раз­личия физических свойств кирпича и раствора (неоднород­ность материалов кладки).

Причина разрушения отдельных верти­кальных элементов - дефекты сечения слоев (неоднородность се­чения слоев) и внецентренное приложение нагрузки.

Были установлены характерные этапы разрушения кладки при сжатии.

С помощью математического моделирования исследовано влияние на работоспособность кладки наиболее распространенных дефектов (дефектов верти­кальных швов, неоднородности раствора горизонтальных швов). Показано, что влияние указанных де­фектов зависит от качества кладки и при низком качестве кладки мо­жет быть весьма значительным.

Предотвращение разрушения раствора в швах кладки является обязательным требованием. Для выполнения этого требования на основании многовариантных расчетов определены допускаемые соотношения марок материалов кладки, при которых исключается вероятность разрушения раствора (до разрушения кирпича).

6.5. О работе пустотелого кирпича в многорядной кладке. Одной из задач практического направления, решаемых на основе оценки НДС, было исследование работы в кладке пустотелого кирпича марки 150 с цилиндрическими пустотами (диаметр сечения пустот 20 мм, количество пустот в одном кирпиче -21 шт.).

В результате расчетов моделей НДС при нагрузке, соответствую­щей среднему пределу прочности сжатию кладки (СНиП II-22-81*), получены поля напряжений х (1) и z (3). По значениям указанных напряжений строились графики изменения относитель­ных значений эквивалентных растягивающих и наибольших каса­тельных напряжений для кирпича и раствора в кладках на раство­рах различной прочности. Выявлено влияние толщин кладки и расстояний между тычковыми рядами кирпича на значения эк­вивалентных растягивающих и максимальных касательных напря­жений в кирпиче и растворе горизонтальных швов кладки. Резуль­таты анализа напряженно-деформированного состояния кладки приведены в таблице 5.

Установлено, что наиболее слабым элементом кладки является кирпич тычковых рядов. Основные причины его разрушения - пониженная площадь поперечного сечения кирпича и концентрация напряжений у от­верстий. Кирпич рвется под действием растягивающих напряже­ний, эквивалентные значения которых находятся по соответст­вующим значениям x и z.

В качестве главного аргумента применения пустотелого кирпича выступают прочностные свойства его материала: они, как правило, выше, чем у полнотелого кирпича (при одинаковых марках). Для проверки был экспериментально определен средний предел проч­ности материала пустотелого кирпича при растяжении. По его значению рассчитан соответствующий предел прочности кирпича (учитывалась концентрация напряжений у отверстий). Схема лабораторных испытаний материала кирпича и модель для определения коэффициентов концентрации напряжений у пустот приведены на рис. 17.

Одновременно средний предел прочности кирпича при растя­жении устанавливался по результатам непосредственных испыта­ний целого кирпича.

Отношение непосредственно установленного предела прочности к рассчитанному пределу прочности равнялось 0,58 (значения та­кого же отношения для полнотелого кирпича составляют не менее 0,9). Данное отношение свидетельствует о наличии значительных начальных дефектов в пустотелом кирпиче, понижающих, наряду с вышеотмеченными причинами, его работоспособность в кладке.

Таблица 5

№ п.п. Элемент кладки Необходимые требования к состоянию кладки Причина раз­рушения при нарушении необходимых требований
Допускае­мая марка раствора Допустимый коэффициент использования кладки
1 Кирпич ложко­вых рядов Марка 50 и выше 0,8 – 1,0 Растяжение, срез, эк, мах
2 Кирпич тычко­вых рядов Марка 100 и выше 0,5 Растяжение, эк
3 Раствор горизон­тальных швов Марка 75 и выше 0,6 – 0,8 Срез, мах

Достоверность полученных результатов обеспечивается вери­фикацией современных математических моделей, выполненной на основе параллельного физического моделирования, а также ис­пользованием экспериментального опыта двадцатого столетия при создании базы данных для назначения исходных параметров моде­лирования.

Заключение

В диссертации решена проблема определения напряжений непосредственно в кирпиче и растворе нагруженной кладки каменных конструкций.

Получены новые результаты, по­зволяющие более обоснованно назначать марки материалов и конструкцию кладки (систему перевязки) при проектировании и выполнять исследование ее несущей способности в зданиях, сооружениях.

1. Построены математические модели расчета напряженно-деформированного состояния каменной кладки:

- модель расчета кладки в направле­нии тычковых рядов кирпича;

- модель расчета кладки в направле­нии ложковых рядов кирпича;

- выполнено экспериментальное подтверждение работоспособно­сти моделей.

2. Установлены физические характеристики мате­риалов кладки и самой кладки, необходимые для выполнения расчетов численными методами:

- модули упругости и средние модули цементных растворов раз­ных марок при различных значениях сжимающих напряжений;

- коэффициенты Пуассона цементных растворов разных марок при различных значениях сжимающих напряжений;

- коэффициенты Пуассона кирпича и кладки при различных зна­чениях сжимающих напряжений.

3. На основании применения построенных моделей и значений физических характеристик материалов кладки и самой кладки сформирован общий расчетно-экспериментальный метод исследования прочности кладки каменных конструкций.

4. Разработана методика расчета и анализа напряжений в кирпиче и растворе кладки каменных конструкций, позволяющая направленно подбирать состав и систему перевязки кладки.

5. Исследованием прочности кладок строительных конструкций выявлены причины и последовательность разрушения кладки при нагружении (сжатии):

- расслоение многорядной кладки происходит в результате раз­рыва кирпича тычковых рядов; причина – напряжения, возникающие под влиянием различия деформативных свойств участков кладки с тычковыми рядами кирпича и участков кладки с ложковыми рядами кирпича (неоднородность конструкции кладки);

- причина деления слоев на отдельные вертикальные элементы – напряжения, возникающие в кирпиче под влиянием раз­личия физических свойств кирпича и раствора кладки (неоднород­ность материалов кладки);

- причина разрушения отдельных верти­кальных элементов - де­фекты сечения слоев (неоднородность се­чения слоев) и внецентренное приложение нагрузк

Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.