Header Image

Беседа с Андреем Ивановичем Звездовым, вице-президентом Российской инженерной академии, президентом Ассоциации "Железобетон".

Подробнее ...
Исследование прочности кладки из силикатного кирпича с технологическими пустотами на местное сжатие и разработка рекомендаций по его применению Печать E-mail
14.05.2017 22:20
Целью работы являлось определение экспериментального значения коэффициента повышения предела прочности кладки при местном сжатии ξ, зависящего от материала кладки и места приложения нагрузки, сравнение его с нормативным значением и разработка рекомендаций по применению кладки из силикатного кирпича с технологическими пустотами высотой 88 мм. 
В задачу исследования входило:
- Изготовление и испытание на смятие (местное сжатие) опытных образцов кладки из пустотелого кирпича.
- Изготовление и испытание на сжатие отдельных пустотелых кирпичей.
- Изготовление и испытание на сжатие растворных кубиков.
- Обработка результатов испытаний.
- Определение коэффициента ξ, зависящего от материала кладки и места приложения нагрузки. 
- Сравнение экспериментальных значений коэффициента ξ, с нормативными значениями.
- Составление заключения по прочностным и деформационным характеристикам кладки из пустотелого кирпича.
- Разработка рекомендаций по применению кладки из силикатного кирпича с технологическими пустотами.
 
Описание опытных образцов. Приборы и оборудование. Методика проведения испытаний кладки
 
Описание опытных образцов
Образцы кладки изготавливались на месте проведения испытаний и имели габариты в плане 0,38×0,51 м. Высота образцов составляла 11 рядов кладки (1,1 м). Было изготовлено три образца кладки из пустотелого кирпича. Опытные образцы изготавливались на растворе одного состава.
Кладка образцов велась на поддоне из стального листа. Сверху на образцы на растворе состава 1:1 устанавливались стальные плиты размером 0,38×0,12 м, к которым впоследствии прикладывалась вертикальная нагрузка. 
 
Приборы и оборудование
Образцы испытывались в гидравлическом прессе со шкалой нагрузок до 250 тс. Вертикальные деформации кладки образцов замерялись индикаторами часового типа (мессурами) с ценой деления 0,01 мм. База измерения составляла 580 мм.
На образец устанавливались шесть мессур – по одному и по два на каждую грань.
 
Методика проведения испытаний кладки
Испытание образцов кладки производилось на местное сжатие по схеме согласно пункту 4.16 (а) СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции». Сверху и снизу плиты пресса были оборудованы шарнирами.
Нагрузка подавалась этапами не более 0,1 от предполагаемой разрушающей нагрузки. После подачи нагрузки на каждом из этапов производилась выдержка длительностью по 3 минуты.
В процессе испытаний непосредственно после подачи нагрузки и после выдержки на каждом этапе снимались показания с индикаторов часового типа.
Кроме того, в процессе испытаний на образцах и в журнале испытаний отмечались трещины (уровень нагрузки, при которых они образовались, ширина раскрытия).
 
Результаты испытаний кирпича и раствора
Испытания пустотелого силикатного кирпича производились на сжатие в соответствие с ГОСТ 8462-85 «Материалы стеновые. Методы определения прочности при сжатии и изгибе». При вычислении предела прочности при сжатии образцов из двух целых кирпичей толщиной 88 мм результаты испытаний умножались на коэффициент 1,2.
Предел прочности кирпича при сжатии с учетом коэффициента 1,2 составил: 176,8×1,2 = 212,1 кгс/см2.
Испытания раствора производились на сжатие кубиков в соответствии с ГОСТ 8462-86 «Растворы строительные. Методы испытаний».
Предел прочности раствора при сжатии составил 91,7 кгс/см2.
 
Результаты испытаний
 
Характер разрушения опытных образцов
Разрушение образцов кладки происходило в результате образования по вертикальным граням вертикальных и наклонных трещин, разделяющих ее на отдельные столбики. Трещины, в основном, находятся в центральной зоне образцов.
Первые трещины в кладке появлялись под стальной пластиной в месте приложения нагрузки при уровне вертикальных напряжений 0,39-0,45 (в среднем 0,43) от временного сопротивления кладки сжатию. 
При уровне вертикальной нагрузки 0,88 от предельной на боковых гранях, параллельных стальной пластине, к которой была приложена нагрузка, в верхней части появились горизонтальные трещины. Трещины проходили по горизонтальным растворным швам. Эти трещины свидетельствуют о растяжении кладки, удаленной от места приложения нагрузки. Это также подтверждается показаниями приборов.
Разрушающая нагрузка кирпичной кладки из силикатного кирпича при местном сжатии для образца №1 получилась равной 90,0 тс, для образца №2 – 102,0 тс, для образца №3 – 100,0 тс.
 
Прочностные характеристики кладки
Из проведенных испытаний были получены величины предела прочности кладки местному сжатию для исследуемых образцов.
Предел прочности кирпичной кладки из силикатного кирпича при местном сжатии для образца №1 получился равным 197,4 кг/см2, для образца №2 – 223,4 кг/см2, для образца №3 – 219,3 кг/см2.
 
Определение коэффициента повышения предела прочности кладки при местном сжатии
Коэффициент ξ определялся как частное от деления предела прочности образцов кладки при местном сжатии на предел прочности при центральном сжатии: ξ = Rи,с/Rи
Предел прочности образцов кладки при местном сжатии определялся экспериментальным путем.
Предел прочности образцов кладки при центральном сжатии в зависимости от фактических значений предела прочности кирпича и раствора определялся по формуле Л. И. Онищика:
Ru=А×R1(1-(a/(b+(R2/2R1)))γ 
где:
Ru - предел прочности кладки при сжатии;
R1 - предел прочности камня при сжатии;
R2 - предел прочности раствора;
γ - коэффициент для растворов марок М25 и ниже:
при R2>R2,1 γ=1;
при R<R2,1 γ=γ0 R2,1+(3-γ0)R2/(R2,1+2R2);
для кирпича и камней правильной формы R2,1=0,04R1; γ0=0,75;
А - конструктивный коэффициент, характеризующий степень использования в кладке прочности камня при сжатии при прочности раствора, стремящейся к бесконечности. В этом случае, принимая R2→∞ , получаем максимально возможную прочность кладки:
Ru,max=A×R1
Конструктивный коэффициент принимается наименьшим, полученным из формул:
A=(100+R1)/(100m+nR1)
A=1,2/(1+(R1/3Rub))
где Rub - предел прочности кирпича при изгибе.
Коэффициенты a, b, m, n в формулах принимаются по таблице:
Кладка a b m n
Из кирпича и керамических камней полнотелых, с щелевидными пустотами шириной до 12 мм, круглыми пустотами диаметром до 16 мм пустотностью до 25% при высоте ряда кладки 50-150 мм на тяжелых растворах 0,2 0,3 1,25 3
 
Подставив в формулы значения предела прочности кирпича и коэффициентов m и n, получим значения конструктивного коэффициента А для кладки из силикатного кирпича:
А = (100 + 212,1)/(100 × 1,25 + 3 × 212,1) = 0,41. 
Определим по формуле Л. И. Онищика вероятный предел прочности кладки из пустотелого кирпича с подстановкой в нее коэффициентов из таблицы при прочности раствора 91,7 кгс/см2
Ru,Онищ,пустот=A×R1(1-(a/(b+(R2/2R1)))γ=0,41×212,1{1-0,2/[0,3+91,7/(2×212,1)]} = 53,05 кгс/см2.
Ранее было экспериментально установлено, что фактическая прочность образцов из силикатного пустотелого кирпича на растворе прочностью 72,1 кгс/см2 превышает прочность образцов, подсчитанную по формуле Л. И. Онищика в 1,18 раза. Поэтому для образцов из силикатного кирпича фактическая прочность кладки при центральном сжатии составит:
Ru = Ru,Онищ.пустот. × 1.18 = 53,05 × 1,18 = 62,6 кгс/см2.
Существуют коэффициенты повышения пределов прочности кладки при местном сжатии ξ по опытам и нормам.
Как видно из них, коэффициент ξ изменяется в пределах от 3,2 до 3,6 при среднем значении 3,4. Коэффициент ξ, принятый согласно пункту 4.16 (а) СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции», соответствует значению 1,5. Фактическое значение коэффициента ξ превосходит приведенное в СНиП II-22-81 значение в 2,3 раза. 
При расчете сечений каменной кладки из силикатного кирпича с технологическими пустотами на смятие (местное сжатие) для всех случаев приложения нагрузки коэффициент ξ следует принимать согласно п.п. 4.13 – 4.17 СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции».
 
Упругие свойства кладки
Имеются графики зависимости относительных вертикальных деформаций кладки от относительного уровня ее обжатия. Из них видно, что нелинейные составляющие деформаций увеличиваются с ростом нагрузки.
 
Выводы
 
1. Назначение расчетного сопротивления сжатию кладки из исследованного силикатного кирпича с тремя вертикальными пустотами должно производиться в соответствии с разделом 3 и таблицей 2 СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции» с понижающим коэффициентом 0,9 при прочности раствора до 150 кгс/см2 и 0,86 при большей прочности.
2. Применение растворов с прочностью выше 150 кгс/см2 не рекомендуется, т. к. в этом случае нарастание прочности кладки с ростом прочности раствора является незначительным.
3. При расчете сечений каменной кладки из силикатного кирпича с технологическими пустотами на смятие (местное сжатие) для всех случаев приложения нагрузки коэффициент ξ следует принимать согласно п.п. 4.13 – 4.17 СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции». 
 
Рекомендации о возможности применения пустотелого силикатного кирпича в наружном слое трехслойных наружных стен
 
Исследуемый кирпич имеет размеры 120×250×88 мм. В кирпиче имеется три технологических отверстия диаметром по 50 мм.
В соответствии с представленными паспортами на кирпич завода-изготовителя, марка кирпича по прочности не ниже М150, по морозостойкости не менее F35.
Были проведены испытания кладки из пустотелого кирпича на центральное сжатие. Испытания показали, что назначение расчетного сопротивления сжатию кладки из исследованного кирпича должно производиться в соответствии с разделом 3 и таблицей 2 СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции» с понижающим коэффициентом 0,9 при прочности раствора до 150 кгс/см2 и 0,86 при большей прочности.
В пособии к СНиП II-22-81 «Проектирование и применение панельных и кирпичных стен с различными видами облицовок» (М., Стройиздат, 1990) указывается о допустимости применения для лицевого слоя наружных стен только полнотелых силикатных кирпичей марки по прочности не менее М150. Такое ограничение было наложено в связи с возможностью разрушения лицевого слоя кладки, совместно работающего с основным слоем кладки стены, вследствие перераспределения вертикального усилия на более жесткую облицовку.
В представленной на рассмотрение конструкции стены лицевой слой кладки опирается в уровне каждого второго этажа на консольные балки или перекрытия. Связь между слоями осуществляется с помощью гибких связей. По этой причине перераспределения вертикальных усилий между слоями практически не происходит, и вертикальные усилия в лицевом слое кладки определяются только ее собственным весом. Поскольку же нагрузка от собственного веса кладки высотой на один - два этажа незначительна, ограничения по применению пустотелого силикатного кирпича в лицевом слое, а также по применению там кирпича с маркой по прочности не ниже М150 к рассматриваемой конструкции стены не относится. Вместе с тем, для таких стен должна быть принята достаточная прочность кладки для обеспечения надежной анкеровки гибких связей и восприятия лицевым слоем ветровых нагрузок. 
Кроме того, для многослойных стен с тонким слоем облицовки на гибких связях требования по долговечности должны быть повышены. В этой связи рекомендуется марку кирпича лицевого слоя принимать не менее F35.
 
Рекомендации о возможности применения данного пустотелого силикатного кирпича в кладке стен лифтовых шахт
 
По результатам испытаний считается возможным применение силикатного кирпича с пустотами для кладки стен шахт лифтов. При этом должны соблюдаться Общие требования к строительной части (Правила безопасной эксплуатации лифтов (ПБ 10-558-03). Серия 10. Выпуск 26 / Колл. авт. – М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. 176 с.).
Согласно этим Правилам, необходимо выполнение следующих основных требований, предъявляемых к строительным конструкциям:
1. Строительная часть для размещения оборудования лифта должна быть рассчитана на нагрузки, возникающие при эксплуатации и испытаниях лифта, а также на нагрузки, возникающие при обрыве всех тяговых элементов, и соответствовать строительным нормам и правилам, утвержденным в установленном порядке.
2. Строительная часть для установки лифта должна отвечать требованиям норм пожарной безопасности.
3. Необходимость устройства отопления и вентиляции помещений, предназначенных для размещения оборудований лифта, устанавливается при проектировании здания (сооружения) в соответствии с требованиями, предъявляемыми изготовителем к условиям его эксплуатации.
 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.