Про вплив тріщиноутворення на визначення технічного стану цегляної кладки

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРО ВПЛИВ ТРІЩИНОУТВОРЕННЯ НА ВИЗНАЧЕННЯ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ЦЕГЛЯНОЇ КЛАДКИ

Семко О.В. д.т.н., проф., Воскобійник О.П., к.т.н., с.н.с. (Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, м. Полтава)

В статті розглянуті основні причини виникнення тріщин в кам'яних конструкціях будинків та споруд. Запропонована класифікація основних відмінностей силових та деформаційних факторів тріщиноутворення цегляної кладки, що дозволяє апріорно уточнити при обстеженні стан конструкцій та сприяє терміновому вживанню заходів з підсилення аварійних елементів цегляних стін.

Пошкодження, деформації та руйнування (аварії) кам'яних конструкцій (елементів) та будівель і споруд в цілому можуть виникати унаслідок цілого ряду причин, найбільш розповсюджені з яких є нерівномірні деформації основ та фундамент будівлі, конструктивні недоліки (наприклад, відсутність деформаційних швів та неврахування особливостей сумісної роботи різних за жорсткістю та завантаженістю елементів), відхилення від проекту при монтажу (відсутність опорних подушок та послаблення цегляних стовпів і простінків в місцях обпирання несучих елементів перекриттів - перемичок, балок та ригелів), неякісне виконання будівельно-монтажних робіт (послаблення кладки через порушення або відсутність перев'язки, потовщення швів, неякісна перев'язка пілястр зі стінами), довготривала експлуатація у несприятливих умовах - тривалому зволоженні матеріалу кладки з перемінним заморожуванням та відтаюванням тощо.

Детально робота, причини та характер тріщиноутворення кам'яних конструкцій аналізувались в роботах Онищика Л.І. 1, Фізделя І.А. 2, Вахненко П.Ф. 3, Мальганова А.І., Плевкова В.С. 4 та інших дослідників 5 - 6.

Тріщини, розшарування, сколювання, випирання та вивітрювання елементів цегляної кладки є характерними, найбільш розповсюдженими, дефектами та пошкодженням несучих та огороджуючих кам'яних конструкцій. Наявність цих дефектів (пошкоджень) є основними показниками, що визначають технічний стан окремих конструкцій та будівель і споруд в цілому.

На сьогодні в Україні оцінка технічного стану будівель та споруд здійснюється відповідно до положень „Нормативних документів з питань обстежень, паспортизації, безпечної та надійної експлуатації будівель і споруд” 7, згідно з якими наявність тріщин на цегляних стовпах та стінах є основним показником рівня завантаженості та характеристикою технічного стану цегляної кладки.

Норми 7 за походженням тріщини розподіляють на осадові (деформаційні), конструктивні та температурно-вологісні, але ця класифікація зовсім не враховується при оцінюванні технічного стану кам'яних конструкцій - порівнянні кількісних показників наявних пошкоджень (кількості, довжини та ширина розкриття тріщин) з відповідними нормованими величинами.

Таким чином, мета даної статті - визначення найбільш суттєвих відмінностей між деформаційними та силовими тріщинами та впливу характеру тріщиноутворення на технічний стан цегляної кладки.

За характером та розташуванням тріщини в цілому поділяються на вертикальні, похилі та горизонтальні. Всі вони можуть носити як деформаційний (викликаний нерівномірними деформаціями), так і силовий характер.

Деформаційні тріщини у цегляній кладці можуть утворюватись і часто виникають навіть в слабо завантажених самонесучих стінах невеликої висоти (h <5 м) через нерівномірність осідань основ та фундаментів (рис. 3). Такі тріщини можуть сягати значних розмірів (a_crc ? 50... 80 мм), істотно впливаючи на несучу здатність стін лише при зміні ексцентриситету прикладання зусиль та гнучкості елементів стіни.

В той же час поява силових вертикальних тріщин (a_crc > 1…2 мм) свідчить про високі рівні завантаження і часто відповідає аварійному стану кладки.

При цьому слід зауважити, що при появі вертикальних силових тріщин, що виникають в результаті стиснення, за їх характером та шириною розкриття можна судити про рівень завантаження кладки та своєчасно в разі необхідності виконати необхідні заходи з її підсилення.

Так, при рівнях завантаження близьких до 0,6 - 0,8 N_p в кладці з'являються перші тріщини (рис. 1, І стадія руйнування), які не мають тенденції до подальшого швидкого розвитку, якщо навантаження не збільшується. Перші тріщини досить часто важко розпізнати, особливо при тріщинуватій цеглі, в цьому разі одиничні тріщини вирізняються свіжим зламом цегли. В багатьох випадках, коли навантаження на кладку не збільшується, можна обмежитись встановленням на тріщини маяків та проведенням спостереження за ними, а стан конструкції оцінити як задовільний (стан ІІ 7).

При збільшенні рівня завантаження кладки (до 0,8 - 0,9 N_p), перші тріщини розвиваються, одиничні тріщини в окремих цеглинах поєднуються та утворюють наскрізні тріщини, що проходять вертикально через декілька рядів кладки (рис. 1, ІІ стадія руйнування). Такий стан кладки залежно від кількісних характеристик тріщин та місць їх розташування відповідає згідно 7 стану ІІІ (непридатний до нормальної експлуатації) або ІV (аварійний), так як ці тріщини будуть розвиватись, навіть, при постійному рівні навантаження, що з часом призведе до руйнування кладки (рис. 1, ІІІ стадія руйнування). Ця стадія характеризується розшаруванням кладки на окремі ділянки - стовпчики у пів цеглини, які роздавлюються та втрачають стійкість. Якщо в будівлі окремі ділянки кладки перейшли в такий стан, але ще не зруйнувались, це свідчить про перерозподіл навантаження, що сприймається сусідніми елементами. При цьому зруйновані ділянки кладки навантаження вже практично не сприймають.

Похилі тріщини в цегляній кладці, викликані нерівномірністю осідань основ та фундаментів будівлі, з'являються при локальних нерівномірностях деформування і свідчать про прискорене осідання частини кладки, розташованої нижче похилої тріщини (рис. 2, в). Досить часто такі тріщини з двох боків об'єднуються, утворюючи цегляну арку, для якої існує можливість втрати стійкості кладкою під аркою і силове руйнування цегли в утвореному склепінні.

Причиною виникнення похилих силових тріщин може бути місцеве локальне навантаження і відповідно зминання кладки під опорними частинами ригелів, розташованих на кладці 5, 6 або відрив частини кладки внаслідок сприйняття нею розтягуючих зусиль (розпору), наприклад, від крокв без нижньої затяжки. Так, на рис. 2, б приведено руйнування опорної частини кладки під мауерлатом крокв без затяжок при встановленні лише азбестоцементних листів (які після крихкого утворення тріщин довелось демонтувати).

Горизонтальні тріщини деформаційного характеру можуть виникати при зависанні верхньої частини кладки на колонах (несучому каркасі) будівлі. Такі тріщини можуть відразу сягати значної ширини (a_crc > 10…30 мм) в момент утворення і можуть призвести до втрати стійкості нижньої частини (через перехід від балкової схеми роботи стіни µ=1 до консольної µ=2, µ - коефіцієнт приведення розрахункової довжини стиснутого елемента 8).

До того ж зависання елементів кладки на каркасі може змінити його розрахункову схему і привести до перевантаження. При цьому слід зазначити, що у випадку утворення таких тріщин навантаження на стіни (крім власної ваги), як правило, відсутнє. Окрім того, поява горизонтальних деформаційних тріщин в цегляних перегородках може свідчить про деформування (прогини) елементів перекриття, на яких вони розташовані.

Силові горизонтальні тріщини - навпаки свідчать про дуже високий рівень завантаження цегляної клади, адже, як правило, вони виникають після появи вертикальних силових тріщин через вигин зовнішніх верств кладки, розділеної вертикальними тріщинами. Такі тріщини свідчать про небезпеку швидкого прогресуючого руйнування і виникають в місцях ослаблення кладки штабою під мережі та тощо.

Крім того, в багатоповерхових будівлях (n ? 9 поверхів) тріщини можуть мати силово-деформаційний характер і виникати в місцях примикання несучих стін до самонесучих. Такі тріщини характеризуються збільшенням ширини розкриття від перших поверхів до найвищих і можуть бути як вертикальні, так і частково похилі, в залежності від типу кладки і її армування.

Слід зазначити, що наявність деформаційних тріщин може свідчити про стан кладки IV (аварійний - наприклад, коли поява таких тріщин призводить до зменшення ділянок обпирання несучих елементів перекриттів), або ІІІ (непридатний до експлуатації), що вимагає терміново прийняти заходи з розвантаження чи підсилення конструкцій будівель та споруд, або, навіть, ІІ (задовільний) (при a_crc > 1…2 мм) і часто дозволяє обмежитись рекомендаціями загального характеру - типу відновлення вимощення, ліквідації замокання основ та інше.

В той же час наявність силових тріщин a_crc = 1…2 мм, як правило, свідчить про стан IV (аварійний), що вимагає розвантаження або термінового підсилення елементів з такими тріщинами.

Тут слід зазначити, що відрізнити ці два типа тріщин можна як за повним аналізом напружено-деформованого стану кладки, так і за опосередкованими ознаками, а саме:

1). Ознаки деформаційних тріщин:

- виникнення в самонесучих цегляних стінах;

- наявність осідань ґрунту, підлоги, відсутність вимощення, замочування ґрунтів;

- розповсюдження тріщин на всю висоту будівлі в цілому;

- велика ширина розкриття (a_crc > 5 мм);

- наявність конструктивних факторів, що сприяють нерівномірності деформацій.

2). Ознаки силових тріщин:

- наявність тріщин в місцях прикладання зосереджених навантажень;

- локалізація тріщин в елементах найбільшого перерізу;

- наявність в одному місці кількох типів тріщин;

- локальні руйнування або втрата стійкості цегляної кладки.

Висновки. Запропоновані основні, на нашу думку, відмінності силових та деформаційних факторів тріщиноутворення цегляної кладки дозволяють апріорно уточнити при обстеженні стан конструкцій, що сприяє терміновому вживанню заходів з підсилення аварійних елементів цегляних стін.

тріщиноутворення аварійний стіна конструкція

Література

1. Онищик Л.И. Теория прочности кирпичной кладки на экспериментальной основе // Экспериментальные исследования каменных конструкций: Сб. статей. - Л. - 1939. - С. 3 - 18.

2. Физдель И.А. Дефекты и методы их устранения в конструкциях и сооружениях. - М.: Стройиздат, 1970. - 175 с.

3. Вахненко П.Ф. Каменные и армокаменные конструкции. - К.: Будівельник, 1990. - 184 с.

4. Мальганов А.И., Плевков В.С., Полищук А.И. Восстановление и усиление строительных конструкций аварийных и реконструируемых зданий. - Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1992. - 456 с.

5. Митрофанов В.П., Довженко О.А., Пинчук Н.М. Расчет прочности каменной кладки при местном сжатии вариационным методом // Совершенствование расчетов прочности элементов бетонных, железобетонных и каменных конструкций: Сб. науч. трудов. - Полтава: Полт. НТУ. - 2007. - С. 277 - 286.

6. Шаповал С.Л. Напружено-деформований стан та міцність цегляної кладки при місцевому її стисненні: Автореф.... канд. техн. наук. - Полтава, 2005. - 20 с.

7. Нормативні документи з питань обстежень, паспортизації, безпечної та надійної експлуатації виробничих будівель i споруд. Затверджені спільним наказом Державного комітету будівництва, архітектури та житлової політики України та Держнаглядохоронпрацi України від 27 листопада 1997 р. за № 32/288.

8. СНиП ІІ-22-81. Каменные и армокаменные конструкции // Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1983. 40 с.

Размещено на Allbest.ru