Прочностные характеристики строительных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Физико-механические свойства каменной кладки. Основные факторы, влияющие на прочность кладки при сжатии.

Каменной кладкой называется материал, образованный из природных или искусственных камней, соединенных между собой раствором.

Физико-механические свойства:

Прочность кладки

Зависит от свойств кирпича или камня, раствора и качества кладки. Предел прочности при сжатии кирпичной кладки, выполненной на весьма прочном растворе, составляет не более 40-50% от предела прочности кирпича. Объяснение: - поверхности кирпича и шва кладки не идеально плоские; - плотности и толщина слоя раствора не одинакова +различия в деформативных свойствах. Камень имеет меньшую деформативность по сравнению с раствором, следовательно, в растворе возникает сжатие, а в камне - растяжение. ТРЕЩИНЫ.

1) Плотность и сопротивление теплопередачи «+» -высокая огнестойкость; -большая химическая стойкость по сравнению с другими материалами; -сопротивляемость атмосферным воздействиям, следовательно, большая долговечность. Все объясняется тем, что каменные материалы имеют плотную структуру.

Но в то же время большая плотность увеличивает теплопроводность. Следовательно, нередко наружные кирпичные стены здания делают намного толще, чем требуется по условия прочности и устойчивости

На теплотехнические свойства каменной конструкции в большой мере влияет качество кладки: стены с плохо заполненным раствором швами продуваются и промерзают зимой.

Факторы, которые влияют на прочность кладки:

1) Вид раствора и его способность равномерно расстилаться по поверхности камня (так называемая удобоукладываемость). Пластичные растворы лучше расстилаются, следовательно, равномерная толщина и плотность раствора.

2) Деформации раствора превышают деформации камня, следовательно, возможно образование вертикальных трещин в камне, что может привести к снижению прочности кладки.

3) На качество кладки влияет человеческий фактор, время и перерывы в укладе раствора. Каменщик 6р. 30% прочность выше, чем у каменщика 3р.

4) Чем правильнее форма камня, тем лучше и равномерно заполняется раствором швы в кладке, лучше передается нагрузка от камня к камню, лучше перевязывается кладка и выше становится ее прочность

2. Формула Онищика для определения прочности кладки при сжатии. Сцепление раствора с кирпичом и кладкой.

-средний предел прочности

- предел прочности камня при сжатии; - раствора. - конструктивны коэффициент, который зависит от вида кладки, формы сечения, наличия пустот.

.

Сплошные камни обладают большим A, чем камни с пустотами. - поправочный коэффициент зависящий от прочности раствора; для кладок из кирпича и камней правильной формы , при растворах марки 25 и выше .

Марка раствора оказывает влияние на прочность каменной кладки, но существует научное исследование: при увеличении прочности раствора, а значит и при увеличении цемента в растворе, примерно в 2 раза прочность кладки возрастает не более чем на 40-50%.

К графику:

1)

любая кладка (кроме из бутобетона) обладает некоторой начальной прочностью. Считается, что свежеуложенный (или оттаявший) раствор имеет нулевую прочность.

2)

конструктивная прочность. Даже при самых прочных растворах можно использовать лишь некоторую часть прочности на сжатие самого камня .

Сцепление камня с раствором. Прочность кладки при растяжении, срезе и изгибе зависит главным образом от прочности сцепления камня с раствором (клеящей способности раствора). Прочность сцепления раствора с камне зависит от многих факторов, например от прочности и величины деформаций, усадки раствора, скорости поглощения камнем воды, чистоты поверхности камня, условий твердения раствора в кладке (температура и влажность воздуха) и др.

3. Прочность кладки при растяжении, изгибе, срезе и местном сжатии. Модули упругости и деформации. Упругая характеристика кладки. Стадии НДС центрально сжатых каменных столбов.

Стадии НДС. 1 - отсутствуют трещины и видимые следы повреждения кладки ( - усилие трещинообразования); 2 - появление волосяных трещин над и под вертикальными швами, не растут без повышения нагрузки 3 - (ограниченная работоспособность) увеличение нагрузки ведет к появлению трещин, прекращение роста нагрузки не приостанавливает развитие трещин; 4 - (разрушение) отдельные столбы теряют устойчивость.

Прочность кладки: 1)при растяжении

Нормально сцепление - разрушение по неперевязанному сечению; касательное сцепление - по перевязанному сечению (по зигзагообразной трещине через швы кладки или по вертикальной трещине с разрывом кирпичей)

Прочность сцепления зависит от марки раствора. Оказывает влияние шероховатость поверхности камня, его пористость и влажность + подвижность.

2) Срез. Расчет ведут не по полному сечению элемента, а по фактическому сечению камня в плоскости среза.

Начальный модуль деформации:

тангенс угла наклона касательной в начале координат; - упругая характеристика кладки, зависящая от вида кладки и прочности раствора (200-2000); - временное сопротивление каменной кладки,

;

расчетное сопротивление на сжатие; - для кладки из сплошных кирпичей.

Каменная кладка является упругопластическим телом. Ее деформации зависят от длительности приложения нагрузки или же скорости загружения кладки.

Различают:

а) упругие (или мгновенные) деформации. К этим деформациям близки также деформации кладки, получаемые при очень быстром загружении (несколько секунд от начала загружения до разрушения образца). Зависимость между напряжениями и деформациями в этом случае близка к прямолинейной;

б) кратковременные деформации, соответствующие обычной в лабораторных условиях длительности испытаний (до одного часа);

в) деформации при длительном загружении в течение многих лет.

Полная относительная деформация кладки є₀ (без учета усадки) может быть выражена формулой:

є₀ = є_el + є_g,

где є_el - упругая относительная деформация кладки;

є_g - относительная деформация при длительном приложении нагрузки.

Онищик:

модуль упругости. - напряжение в кладке, при котором определяется модуль деформации;

- фиктивный предел текучести кладки, который недостижим. В расчете прогибов :

,

.



4. Расчет центрально-сжатых элементов по несущей способности. Такой расчет выполняется в здании для центрально сжатых столбов или стен при незначительно изменяющейся временной нагрузки. Разрушение происходит в результате исчерпания прочности кладки или потери устойчивости.

,

- расчетная продольная сила; - расчетное сопротивление сжатию кладки в зависимости от марок камня и раствора; - площадь сечения элемента; - коэффициент, учитывающий величину сечения элемента (учитывающий снижение несущей способности от влияния длительной нагрузки).

,

- коэффициент, принимаемый по СНиП в зависимости от гибкости элемента, вида камня, процент продольного армирования. - расчетная продольная сила от длительных нагрузок. при и ( - меньший размер прямоугольного сечения);

для элементов любой формы поперечного сечения; для прямоугольного сечения

.



коэффициент продольного изгиба в зависимости от гибкости и упругой характеристики кладки.

5. Расчет внецентренно сжатых элементов по несущей способности.

,

- расчетная продольная сила; - расчетное сопротивление сжатию кладки в зависимости от марок камня и раствора; - площадь сжатой части сечения; - коэффициент, учитывающий величину сечения элемента (учитывающий снижение несущей способности от влияния длительной нагрузки).

,

- расчетная продольная сила от длительных нагрузок; - коэффициент, принимаемый по СНиП в зависимости от гибкости элемента, вида камня, процент продольного армирования; - наименьший размер сечения; - расстояние от центра тяжести до наиболее сжатой грани; - эксцентриситет от действия длительных нагрузок.

- коэффициент, учитывающий, что при внецентренном сжатии менее загруженная часть кладки сдерживает поперечные деформации более загруженной и тем самым несколько повышая несущую способность. Для прямоугольных:

, .

,



- коэффициент продольного изгиба для всего сечения с фактической расчетной длиной сечения; - коэффициент продольного изгиба для сжатой части сечения с расчетной длиной, равной расстоянию между опорами.

6. Армирование каменной кладки. Элементы с сетчатым армированием. Конструктивные особенности. Расчет по несущей способности при центральном сжатии. Армирование значительно повышает несущую способность, монолитность и улучшает совместную работу отдельных частей здания. Виды: -поперечное (сетчатое с расположением сеток в горизонтальных швах); - продольное (из продольных арматурных стержней с хомутами) с расположением внутри кладки в швах между кирпичами или бороздах, оставляемых в кладке, либо снаружи. Поперечное применяется для элементов, работающих на сжатие; продольное - растяжение, изгиб и внецентренное сжатие. Поперечное сетчатое армирование с расположением арматуры в горизонтальных швах кладки препятствует развитию в ней поперечных деформаций, повышая ее прочность до 2-2,5 раз. Стержни сеток при этому работают на растяжение. Армирование применяют при: -эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения (прямоугольное ); -

.

,

- расчетная продольная сила; - коэффициент продольного изгиба в зависимости от гибкости и упругой характеристики кладки

,



временное сопротивление сжатию армированной кладки,

;

- нормативное сопротивление арматуры растяжению;

временное сопротивление кладки; - расчетное сопротивление при центральном сжатии. - площадь сечения элемента; - коэффициент, учитывающий величину сечения элемента (учитывающий снижение несущей способности от влияния длительной нагрузки).

,

- коэффициент, принимаемый по СНиП в зависимости от гибкости элемента, вида камня, процент продольного армирования. - расчетная продольная сила от длительных нагрузок

7. Расчет по несущей способности элементов с сетчатым армированием при внецентренном сжатии.

Расчет внецентренно сжатых элементов при малых эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения.

,

расчетная продольная сила; - площадь сжатой части сечения; - коэффициент, учитывающий величину сечения элемента (учитывающий снижение несущей способности от влияния длительной нагрузки).



,

- расчетная продольная сила от длительных нагрузок; - коэффициент, принимаемый по СНиП в зависимости от гибкости элемента, вида камня, процент продольного армирования; - наименьший размер сечения; - расстояние от центра тяжести до наиболее сжатой грани; - эксцентриситет от действия длительных нагрузок.

- коэффициент, учитывающий, что при внецентренном сжатии менее загруженная часть кладки сдерживает поперечные деформации более загруженной и тем самым несколько повышая несущую способность. Для прямоугольных.

,

- коэффициент продольного изгиба для всего сечения с фактической расчетной длиной сечения; - коэффициент продольного изгиба для сжатой части сечения с расчетной длиной, равной расстоянию между опорами. - расчетное сопротивление армированной кладки при внецентренном сжатии

.

8. Конструктивные схемы зданий. Жесткая и упругая конструктивная схема зданий.

Здание представляет собой сложную пространственную систему, состоящую из отдельных конструктивных элементов, связанных между собой. Наличие связей между ними обеспечивает их совместную работу на вертикальные и горизонтальные нагрузки.

К жестким опорам (вертикальным) относятся: -каменные, бетонные стены ; -ж/б стены ; -ветровые фермы.

К упругим опорам относятся покрытия и междуэтажные перекрытия при расстояниях между поперечными жесткими конструкциями, превышающих указанные в таблице 28, при отсутствии ветровых связей.

Горизонтальными жесткими опорами являются междуэтажные перекрытия, в том числе из отдельных элементов (балки), при определенном расстоянии между поперечными стенами. При кладке из кирпича М10-раствор расстояние между поперечными стенами не должны превышать 52м.

К зданиям с упругой конструктивной схемой относятся одноэтажные промышленные здания; к жесткой - жилые и общественные здания с ограничениями между поперечными стенами.

При равномерном опирании плит на стену усилие прикладывается на расстоянии половины заделки стен. В том случае, когда под опорой не фиксирующих элементов (ж/б подушки, пластин), то расстояние от грани стены принимается не более 1/3 глубины заделки и не более 7 см. При расчете стен принимается ширина стены, равная расстоянию между проемами. При наличии пилястр в каждую сторону от нее ширина принимается 1/3h стены и не более 6 толщин стены.

Нормы разрешают рассчитывать вертикальные стены, расчленяя их по высоте на отдельные стойки расстоянием, равным высоте этажа. Все усилия от вышележащих на рассчитываемый этаж прикладываются по оси этажа, а в пределах этажа с расчетными эксцентриситетами.

9. Расчет каменных конструкций многоэтажных зданий.

Расчет продольных стен. В целях упрощения расчета допускается рассматривать стену как расчлененную по высоте на однопролетные вертикальные балки с шарнирными опорами в уровне опирания перекрытий.

При постоянной по высоте здания толщине стены изгибающие моменты учитываются лишь от тех вертикальных нагрузок, которые приложены в пределах рассматриваемого этажа, т.е. от перекрытия над этим этажом, балконов, эркеров и т.п.

Изгиб стен от ветра можно не учитывать, если нормальные напряжения, вызываемые в них моментами от нормативной ветровой нагрузки, не превышают 0.1 МПа.

Давление от перекрытия на стену (сосредоточенная сила) прикладывается на расстоянии 1/3 длины опирания конструкций перекрытия, считая от внутренней поверхности стены (но не более 7 см).

Прочность межоконного простенка проверяется на уровне перемычки и подоконника. Изгибающий момент, действующий под перекрытием, уравновешивается горизонтальными реакциями на опорах наружной стены: вверху стена прижимается к перекрытию, а внизу отходит от перекрытия. Поэтому стены и столбы должны крепиться к перекрытиям и покрытиям анкерами сечением не менее 0.5 см2

10. Совместная работа продольных и поперечных стен. Расчет внецентренно сжатых каменных элементов по образованию трещин.

В местах взаимного примыкания этих стен не должно происходить сдвига (скалывания) при изгибе консоли. , - расчетное сдвиговое усилие в пределах этажа:

,

- толщина поперечной стены, - высота этажа; - расчетная поперечная сила от горизонтальной нагрузки в середине высоты этажа; - момент инерции сечения стен относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения стен в плане; - статический момент сдвигаемой части сечения (участок примыкающей продольной стены площадью A) относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения. , - расстояние от центра тяжести поперечной стены до центра тяжести площади A. - несущая способность зоны примыкания продольных и поперечных стен в пределах высота одного этажа.

,

расчетное сопротивление кладки срезу по вертикальному перевязанному сечению.

Расчет по образованию трещин.

,

коэффициент условий работы кладки при расчете по раскрытию трещин.

Расчет производится на воздействие расчетных или нормативных нагрузок. Нормативные нагрузки принимают в тех случаях, когда раскрытия трещин в кладке не являются особо опасными. При раскрытие трещин становится заметным. Через образовавшиеся трещины могут проникнуть влага, вызывающая разрушение.

Допущения: -линейная эпюра распределения нормальных напряжений; -расчет производится по условному краевому напряжению растяжения, которое и характеризует косвенно ширину раскрытия трещин в растянутой зоне.

11. Предварительно напряженные железобетонные конструкции. Сущность предварительного напряжения. Основные преимущества и недостатки.

Предварительно напряженными называются такие конструкции, в которых при изготовлении (или в процессе укрупнительной сборки или монтажа) искусственно создаются напряжения сжатия в бетоне и растяжения в арматуре. Сжимающие напряжения в бетоне создаются путем предварительного натяжения арматуры с последующей анкеровкой.

Сущность: начальные сжимающие напряжения создаются в тех зонах, которые впоследствии под воздействием нагрузок испытывают растяжения. При этому возрастает трещиностойкость конструкций и создаются условия для применения высокопрочной арматуры, что приводит к экономии металла.

«+» -высокая трещиностойкость; -уменьшение прогибов конструкции; -уменьшение количества арматуры в сечении, тк используется высокопрочная; -конструкция легче; -использование в большепролетных конструкциях.

«-» -трудоемкость изготовления; -сложное оборудование; -высококвалифицированные специалисты требуются.

12. Два способа создания предварительно напряженных элементов, способы натяжения арматуры.

Способы натяжения арматуры: 1)электротермический (при прохождении электрического тока арматура нагревается и удлиняется); 2)механический (винтовые гидравлические домкраты); 3)электротермомеханический (сначала ток, потом подтяжка арматуры до необходимого уровня деформаций); 4)химический.

Способы изготовления конструкций:

-натяжение на упоры

Высокопрочная арматура до бетонирования натягивается и фиксируется в таком состоянии на жестком стенде. После укладки в форму бетона и набора им необходимой прочности арматуру освобождают от натяжных приспособлений.

-натяжение арматуры на бетон

Арматура размещается в каналы, которые заранее были предусмотрены в бетонном элементе. После на специальном стенде происходит натяжение арматуры. Канал затем заполняют мелкозернистым бетоном для защиты арматуры от коррозии. После установления преднапряжения арматуры происходит передача усилий на бетон.

13. Материалы для ПНЖБК. Арматура и арматурные изделия. Анкеровка напрягаемой арматуры.

Виды арматуры: - горячекатаная А540, А600, А800, А1000; -холоднодеформированная В1200 (Ш8), В1400 (Ш4;5;6), В1500 (Ш3).

Арматурные изделия: -канаты К7 ( Ш14; Ш6,9); К14 ( Ш14). - условный предел текучести, 7 или 19 - количество проволок; используются для натяжения на упоры и на бетон в пучках; -пучки используются лишь для натяжения арматуры на бетон: -однорядные (14, 18 или 24 прямолинейных проволок; раствор через отрезки выходит на поверхность и защищает арматуру от коррозии); - многорядные.

Анкеровка арматуры: -технологические анкера необходимы только лишь для натяжения арматуры; конструктивные обеспечивают дополнительную анкеровку. Арматура А и В600 и выше, а также канаты самоанкеруются, следовательно, нет необходимости устанавливать дополнительные анкера.

Анкер с системой Фрейсине для однорядных пучков. Анкер выполняет 2 функции. Для этой цели используются домкраты двойного действия, которые устанавливаются на торец конструкции. Пучок пропускается через канал конструкции и проволока закрепляется в захватном устройстве домкрата. После с помощью этого же домкрата двойного действия вводится втулка для закрепления проволок. После выполнения этих операций через отверстие втулки поступает цементно-песчаный раствор под давлением.

14. Величина начального контролируемого напряжения в арматуре. Усилие предварительного обжатия.

Величина преднапряжения в арматуре: -для горячекатаной А600, А800, А1000 , - величина предварительного напряжения; -В1400, В1500 и канатов К7, К19 ; - для всех классов арматуры должно быть .

Усилие предварительного обжатия бетона. Это усилие принимают равным равнодействующей усилий в напрягаемой и ненапрягаемой арматуре.

;

;

;

Виды потерь предварительного напряжения арматуры, суммарные потери.

Потери: -первые - потери от релаксации напряжений в арматуре; от температурной обработки бетона; от деформации форм при неравномерном натяжении арматуры; от деформации анкеров; - вторые - потери от усадки и ползучести бетона.

При натяжении арматуры на упоры. Первые:

- от релаксации напряжений в арматуре: А600, А800, А100 -механическое ; -электротермомеханическое ; В1200-1500, К7, К19 -механическое

;

-потери от температурного перепада между нагреваемой арматурой и упорами

;



потери от неравномерного натяжения арматуры ( - количество неодновременно натягиваемых арматур; - смещение или укорочение формы; - расстояние между упорами в форме); -потери от деформации анкеров (смещение анкеров и их смятие)

Вторые: - потери от усадки бетона

(В30 и ниже ; В40 и ниже ; выше В40 ); - потери от ползучести бетона

( - коэффициент приведения арматуры к бетону; - коэффициент ползучести бетона; - напряжение в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой напрягаемой арматуры; - коэффициент армирования; - расстояние между центрами тяжести напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения;. - усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь)..

При натяжении арматуры на бетон. Первые: - деформации анкеров ; -потери от трения от стенки каналов . Вторые: -релаксации напряжений в арматуре ; -усадка бетона ; -ползучесть ; -обжатие стыков между отдельными блоками ; - обжатие бетона в элементе круглого сечения под винтовой или кольцевой арматурой .

15. Расчет прочности ПН ЖБК по нормальным сечениям в стадии эксплуатации.

;

величина натяжения арматуры имеет большое практическое значение, тк значительные растягивающие напряжения в ней могут не полностью погашаться к моменту разрушения элемента (приводит к снижению несущей способности).

- высота сжатой зоны бетона;

.

;

.

В целях экономии арматуры рекомендуется проектировать конструкцию по 1 случаю. В случае, когда , рекомендуется увеличивать класс бетона или количество ненапрягаемой арматуры в сжатой зоне бетона.

Расчет прочности ПН ЖБК по наклонным сечениям в стадии эксплуатации.

условие прочности по полосе между наклонными сечениями. - проекция наклонной трещины; - проекция наклонного сечения.



-

поперечная сила, воспринимаемая поперечной арматурой в наклонном сечении.

погонное усилие в поперечной арматуре; 0,75 - коэффициент неравномерности напряжений в арматуре.

16. Расчет образования трещин ПН ЖБК по нормальным сечениям.

Трещиностойкость - свойство бетона сопротивляться образованию трещи или последующему их раскрытию при увеличении нагрузки. , - изгибающий момент от внешней нагрузки; - изгибающий момент, воспринимаемый нормальным сечение элемента в момент, предшествующий образованию трещин.

.

- усилие обжатия бетона арматурой с учетом всех потерь; - расстояние от точки приложения усилия предварительного обжатия до центра тяжести приведенного сечения; - расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки.

, ,

расстояние от наиболее растянутого волокна бетона до центра тяжести приведенного сечения;



17. Расчет прочности ПН ЖБК по нормальным сечениям в стадии изготовления. В стадии предварительного обжатия.

при достаточно быстро обжатии возможно неполное развитие пластических деформаций, и может оказаться ниже обычно принимаемой величины 0,002, следовательно, дополнительно снижение предварительного напряжения арматуры

при обжатии принимают равным 330 МПа. и - напряжения в арматуре, соответственно расположенной в растянутой зоне (менее обжатой) и наиболее обжатой с учетом первых потерь и коэффициентом условия работы .

,

.

кладка железобетонный стена арматура

- передаточная прочность бетона при его обжатии, которая принимается от класса бетона. - определяется по , принимая его как класс бетона.

,

;

Размещено на Allbest.ru

...