Прочность каменных кладок, армированных композитными сетками

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 624. 02. 80
ПРОЧНОСТЬ КАМЕННЫХ КЛАДОК, АРМИРОВАННЫХ КОМПОЗИТНЫМИ СЕТКАМИ Антаков А. Б.
ФГОУ ВПО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет», Казань,
e-mail: antakof@mail. ru
Проведены исследования эффективности кладочных сеток из композитных стержней. Изготовлены и испытаны опытные образцы кладок с различной интенсивностью армирования. Определены величины трещинообразующих и разрушающих нагрузок, выявлены особенности напряженно-деформированного состояния армированных кладок. Установлено, что эффективность композитных сеток существенно ниже, чем стальных традиционных. Оценка достоверности нормативной методики расчета СП15. 13 330. 2012 показала занижение результатов до 2,87 раза относительно опытных данных. Отклонения теоретических значений, полученных с использованием методики на основе теории сопротивления анизотропных материалов сжатию, непревышают 20−30%.
Ключевые слова: каменная кладка, кирпич, раствор, косвенное армирование, композит, базальтопластиковая арматура, прочность, трещиностойкость
DURABILITY OF THE STONE LAYINGS REINFORCED BY COMPOSITE GRIDS
Antakov A.B.
Kazan state architectural and construction university, Kazan, e-mail: antakof@mail. ru
Researches of efficiency of masonry grids from composite cores are conducted. Prototypes of layings with various intensity of reinforcing are made and tested. Sizes of loadings of cracks corresponding to emergence and destruction are determined, features intense the deformed condition of the reinforced layings are revealed. It is established that efficiency of composite grids is significantly lower, than the steel traditional. The assessment of reliability of a standard method of calculation of SP15. 13 330. 2012 showed understating of results to 2,87 times of rather skilled data. Deviations of the theoretical values received with use of a technique on the basis of the theory of resistance of anisotropic materials to compression, don'-t exceed 20−30%& gt-.
Keywords: stone laying, brick, solution, indirect reinforcing, composite, basalt fittings, durability, crack resistance
Наиболее эффективным способом повышения несущений способности сжатых конструкций из каменной кладки является косвенное армирование, традиционно выполняемое стальными кладочными сетками. Нормативная методика расчета прочности кладки в зависимости от интенсивности армирования приведена в СП15. 13 330. 2012 [5]. Критика данного подхода в части достоверности результатов не является задачей настоящей работы, но многочисленными исследованиями в области прочности каменных кладок [4] показано существенное занижение величин несущей способности элементов и конструкций. Это объясняется эмпирической структурой выражений методики, основу которой проф. Онищик Л. И. сформировал в 1930-х годах ХХ века [3], и недостаточной изученностью данного вопроса до настоящего времени.
С развитием и внедрением технологий производства композитных материалов на строительном рынке России появились стекло- и базальтопластиковые изделия -гибкие связи, анкеры, арматура и т. п. Данные материалы и изделия не являются принципиально новыми и ранее изучались с целью использования для армирования бетонных элементов [6, 7], но для повы-
шения несущей способности каменных конструкций в составе кладочных сеток не применялись.
Целью настоящего исследования, выполненного с участием магистранта Нигметзянова И. Р., является оценка эффективности кладочных сеток из базальто-пластиковых стержней, обладающих рядом преимуществ по отношению к стальным: коррозионная стойкость, большая прочность на растяжение и гибкость и т. п. Для реализации поставленной цели разработана программа исследований, предполагающая экспериментальную оценку прочности и трещиностойкости образцов каменной кладки, армированных композитными сетками с различной интенсивностью, определяемой «процентом армирования» — т.
Опытные образцы представляют собой столбы сечением 380*380 мм высотой 1000±50 мм. Толщины растворных швов не более 10 мм. В результате испытаний материалов каменной кладки: полнотелого керамического кирпича и цементно-песча-ного раствора установлены их прочностные характеристики, соответствующие маркам М125 и М50 соответственно [1, 2]. Исследуемые сетки, склееные в пересечениях стержней расплавом полиэтилена, уклады-
ваются в горизонтальных швах в зависимо- В табл. 1 приведены результаты испы-сти от требуемой интенсивности армиро- таний образцов каменной кладки серий 1−4, вания через 1, 2 и 3 ряда кирпича. Кирпич в том числе армированных исследуемыми перед укладкой увлажнялся в емкости с во- сетками с диаметром стержней 3 мм и раздой. Нагружение образцов кладки в возрасте мером ячеек 80−85 мм (рис. 1). Образцы 28−32 суток осуществлялось равномерно со серии 5 армированы сетками из стержней скоростью 100−150 кН/мин с фиксацией мо- диаметром 3,2 мм и шагом 50 мм, что соот-ментов трещинообразования и разрушения. ветствует значению т=0,422.
а. б.
Рис. 1. Общие виды образцов кладки: а — подготовленного к испытаниям- б — испытанного- 3 — кладочной сетки, вырезанной по размеру сечения столбов
Таблица 1
Результаты испытаний образцов каменной кладки
№ серии/ № образца Расположение сеток/Интенсивность армирования, % Величина нагрузки N кН
трещинообразующая №гс разрушающая №
1/1.1 не армированный 700 1100
1/1.2 — «- 740 925
2/2.1 через 3 ряда кирпича/0,062 800 1330
2/2.2 — «- 750 1050
3/3.1 через 2 ряда кирпича/0,093 820 1200
3/3.2 — «- 750 1025
4/4.1 через 1 ряд кирпича/0,186 1000 1580
4/4.2 — «- 850 1350
5/5.1 через 1 ряд кирпича/0,422 1100 1500
5/5.2 — «- 1050 1520
118
В качестве характерных особенностей, отличающих композитные сетки от стальных [4], следует отметить меньшие величины несущей способности армированных кладок. Использование стальных сеток позволяет увеличить несущую способность элементов и конструкций до 3 раз при m=0,3−0,35, тогда как полученное повышение с m=0,422 составляет около 30%. Причинами столь незначительного эффекта является податливое соединение стержней и относительно низкое значение модуля
упругости Е=55 000 МПа. В ходе разбора испытанных образцов установлено, что общее количество разорванных стержней сеток не превышает 10−15%. Прочностной потенциал базальтового волокна не реализуется из-за недостаточности анкеровки в растворных швах кладки — стержни продергиваются.
В табл. 2 приведены усредненные показатели трещинообразующих и разрушающих напряжений по сериям испытанных образцов.
Таблица 2
Трещинообразующие и разрушающие напряжения
№ серии Интенсивно сть армирования m, % Напряжения s, МПа Прираще (ст1-ст1)*100 ст /ст ние %/ст1,
трещино-образование ст_ разрушение ст
1 0 4,96 7,01 —
2 0,062 5,36 8,24 7,5/14,9
3 0,093 5,44 7,70 8,8/8,96
4 0,186 6,41 10,15 22,6/30,9
5 0,422 7,44 10,45 33,3/32,9
Зависимость относительных вели- щих напряжений от значений т приведена чин трещинообразующих и разрушаю- на рис. 2.
Рис. 2. Зависимости величин трещинообразующих и и разрушающих напряжений от степени
интенсивности косвенного армирования ц
По данным табл. 2 видно, что использование исследуемых сеток в качестве косвенного армирования каменных кладок позволяет повысить их трещиностойкость и прочность до 33%. При этом диапазон значений т, соответствующих области эффективного использования исследуемых из-
делий, аналогичен данным полученным для стальных сеток Онищиком Л. И. [3] - при т& gt-0,3 приращения величин несущей способности не достигаются.
В табл. 3 приведены величины расчетных сопротивлений армированной кладки экспериментальных образцов, полученные
с использованием положений нормативной Я = Я+рдЯ-/100, (1)
методики [51. Расчетные сопротивления R1 _ г-
ги п-п 8к где R=1200*0,6=720 МПа — для базальто-
вычислены по формуле СП м * '- и ^
пластиковых стержней3,0- 3,2 мм.
Таблица 3
Сопоставление опытных и теоретических величин расчетного сопротивления кладки
№ серии Интенсивность армирования т, % Расчетные сопротивления кладки, МПа Я, эксп/ Я, 8к 8к
Я эксп.
1 2 3 4 5
2 0,062 1,59* 4,12 2,59
3 0,093 1,63* 3,85 2,36
4 0,186 1,77 5,075 2,87
5 0,422 2,11 5,225 2,48
* - при т & lt-0,1 сечение рассчитывается как неармированное (п. 7. 31 СП [5]), т. е.
Величины Rskэксп¦ определены с учетом коэффициента надежности к=2 (табл. 15 [5]).
Очевидно, что теоретические значения прочности кладки в 2,26−2,87 раза занижены относительно экспериментальных показателей.
Учитывая стабильность величины от-
ношения Rskэксп¦
/ Rsk одним из путей компен-
сации данного недостатка методики СП [5] может быть введение поправочного коэф-
фициента к2=2 в выражение (1), приобретающее вид
^ = к2 [ Я+р|Ж/100] (2) На рис. 3 приведены графические зависимости, полученные с использованием предлагаемого подхода. Очевидно, что введение эмпирического коэффициента к2 позволяет существенно и обоснованно повысить расчетные значения прочности каменных кладок, армированных композитными сетками.
Рис. 3. Зависимости величин теоретических (1, 2) и экспериментальных (3) величин расчетного сопротивления армированной кладки от степени интенсивности косвенного армирования ц
Другим способом расчетной оценки прочностных свойств армированной кладки является использование методики, основанной на теории сопротивления анизотропных материалов при сжатии и учитывающей комплекс физических свойств материалов и геометрических характеристик элементов
или конструкций [4]. При этом имеется возможность помимо определения прочности выполнять оценку трещиностойкости каменных кладок. На рис. 4 приведено сопоставление опытных и теоретических результатов, полученных по методике [4] показывающее удовлетворительную сходимость.
Рис. 4. Сопоставление опытных данных и теоретических результатов расчета прочности (а)
и трещиностойкости (б)
В качестве выводов к описанным исследованиям следует отметить следующее:
1. Исследованные кладочные сетки из композитных материалов дают некоторый эффект с повышением прочности и трещи-ностойкости каменных кладок до 30−33%. Столь незначительные результаты по сравнению с традиционными стальными сетками объясняются рядом конструктивных, возможно устранимых, несовершенств -малая механическая прочность и податливость стыков стержней, недостаточное адгезионное сцепление с кладочным раствором.
2. Использование нормативной методики СП15. 13 330. 2012 применительно к оценке несущей способности кладок, в том числе армированных композитными сетками, приводит к занижению прочностных показателей в 2,26−2,87 раза.
3. Оценка точности методики на основе теории сопротивления анизотропных материалов при сжатии показала удовлетворительные результаты — расхождения не
превышают 20−30%. Расчетные предпосылки могут быть уточнены в результате целенаправленных исследований сцепления компонентов системы «кладочный раствор-композит».
Список литературы
1. ГОСТ 8462–85. Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе. — М.: ИПК «Издательство стандартов». — 7 с.
2. ГОСТ 5802–86. Растворы строительные. Методы испытаний. ИПК Издательство стандартов, М. — 19 с.
3. Онищик Л. И. Каменные конструкции. — М.: Гос. издательство строительной литературы, 1939. — 208 с.
4. Соколов Б. С., Антаков А. Б. Исследования сжатых элементов каменных и армокаменных конструкций. Научное издание. — М.: Изд-во АСВ, 2010. — 104 с.
5. СП 15. 13 330. 2012. Каменные и армокаменные конструкции. Нормы проектирования. /Минрегион России. -М., 2012. — 78 с.
6. СП 63. 13 330. 2012. Конструкции из бетона с композитной неметаллической арматурой. Правила проектирования. — М.: Минрегион России, 2013. — 94 с.
7. Фролов Н. П. Стеклопластиковая арматура и сте-клопластбетонные конструкции. — М.: Стройиздат, 1980. -104 с.

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой