Ямщиков В.В. Усиление каменных стен железобетонной рубашкой

.
13-14, 2006 .
35
УДК 642:012
Ямщиков В.В., инженер
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
Ямщ
В
ик
в
.о Усиление каменных стен железобетонной рубашкой
Статья посвящена вопросам способам усиления существующих каменных конструкций, в частности стен, с
помощью железобетонной рубашки.
Каменная кладка, напряженное состояние, упругопластическое тело, момент, поперечная сила, железобетонная
рубашка, армирование.
Как известно, каменная кладка представляет собой монолитное неоднородное упругопластическое тело, состоящее из камней и швов, заполненных раствором. Особенностью работы кладки является наличие сложного напряженного состояния камня и раствора, приводящего к одновременному внецентренному сжатию, изгибу, растяжению и смятию.
Основные причины этого следующие:
1) неравномерность растворной пастели каменной кладки, что приводит к возникновению моментов и поперечных сил, а так же сил местного сжатия;
2) различные деформативные свойства раствора и кирпича, которые вызывают растягивающие напряжения в камне;
3) наличие вертикальных швов в кладке и отверстий в камне, которые вызывают концентрацию напряжений;
4) отклонение формы камня от правильного параллелепипеда.
Повышения прочности сечений каменных конструкций было достигнуто за счет использования косвенного (предложенного В.П. Некрасовым) и продольного армирования.
В 30-40г. XX века были предложены и начали использоваться комплексные сечения, состоящие из железобетона и каменной кладки, (предложение В.П. Некрасова и П.Л. Пастернака).
Современное состояние методов расчета основано на предположении В.А. Гастева,
что было подтверждено опытами Л.И. Онищика и И.Г. Котова о том, что кладка находится в условиях сложно напряженно-деформированного состояния и одновременно подвержена сжатию, изгибу, растяжению и срезу.
В зависимости от величины действующей нагрузки в работе кладки различают четыре стадии. Первая стадия характеризуется образованием горизонтальных трещин. Вторая
стадия связана с появлением отдельных вертикальных трещин в кирпичах или камнях.
Третьей стадии работы кладки соответствует условие постепенного расслоения кладки на отдельные вертикальные элементы, работающие в условиях внецентренного сжатия. Третья стадия характеризуется как аварийная, поэтому необходимо выполнять уменьшение эксплуатационной нагрузки, а затем усиление кладки или ее замену.
Четвертая стадия характеризуется разрушением отдельных столбиков вследствие потери устойчивости расчлененной трещинами кладки.
Величина нагрузки трещинообразования зависит от механических свойств камня, конструкции кладки и деформационных свойств раствора. Цементные растворы относятся к
наименее деформативным, а известковые - к наиболее деформативным. С увеличением
возраста кладки деформативность растворов снижается. Чем меньше деформативность
раствора, тем более хрупкой оказывается кладка. Вышеперечисленные стадии работы кладки можно увидеть на представленном рис. 1.
36
.
13-14, 2006 .
Рис 1. Развитие трещин в каменных стенах и простенках по стадиям:
а) образование горизонтальных трещин (I стадия); б) появлением отдельных вертикальных
(II стадия); в) расслоения на отдельные вертикальные элементы (III стадия); г) разрушением
отдельных столбиков, приводящих к разрушению простенка. (IV стадия).
Опыты Л.И. Онищика, СВ. Полякова, Л.И. Пицкеля показали, что трещинообразование в кладке начинается при напряжениях 30-60% от предела прочности кладки.
Проанализировав данные ранее проведенных исследований, можно отметить следующее:
- каменная кладка - материал упругопластический; эпюра напряжений при внецентренном сжатии имеет нелинейный вид представленный;
- прочность кладки выполненной рабочим высокой квалификации может быть до 2-х
раз выше, чем изготовленной каменщиком обычной квалификации;
- прочность вибрированной кладки, выше прочности обычной, невибрированной кладки
в 1,5-2 раза;
- несущая способность кладки при утолщении шва в 2-5 раз. снижается на 16-20%;
- на прочность кирпичной кладки влияет способ перевязки швов.
Возможно классифицировать существующие методы усиления, на две основные группы: устройство разгружающих или заменяющих конструкций и увеличение несущей способности усиливаемых конструкций. Увеличение несущей способности можно производить с изменением расчетной схемы напряженного состояния конструкций или без. В
ряде случаев возможно использовать разгрузку - уменьшение действующей на конструкцию нагрузки.
Усиление деформированных стен осуществляется различными способами: увеличением жесткости кирпичных стен зданий, ремонтом и усилением перемычек, усилением
простенков и столбов, перекладкой отдельных участков стены. При ширине трещины в
шве более 40 мм ее заделывают нагнетанием раствора под давлением до 3 атм. Весьма
эффективно применение полимерцементных растворов.
При усилении каменных стен и простенков эффективным по конструкции является
метод устройства железобетонных рубашек. Один из вариантов усиления каменных стен
показан на фотографии Рис 2.
Обзор литературы показал, что разработка методов расчета усиления каменных стен
и простенков каменных зданий, а также уточнение существующих методов расчета является актуальнейшей задачей.
Анализ существующих методов усиления конструкций каменных зданий показывает,
что отсутствие учета специфики перераспределения усилий в конструкциях при проектировании приводит к тому, что каменные стены имеют значительные повреждения в результате образования трещин. Поэтому насущной необходимостью в настоящее время являются исследования, направленные на раскрытие и объяснение физических процессов,
.
13-14, 2006 .
37
протекающих в конструкциях каменных зданий, что позволяет вскрыть резервы несущей
способности до и после усиления каменных стен.
Рис 2. Усиление каменных стен устройством железобетонной рубашки
Это подтверждает сформулированную цель и задачи исследования.
Повышение прочности каменных столбов может быть достигнуто путем создания в
кладке трехосного напряженного состояния сжатия, ограничения поперечных деформаций кладки и обеспечения устойчивости отдельных гибких столбиков, образующихся в
результате развития трещин.
Увеличение несущей способности каменных столбов, усиленных железобетонной рубашкой, предварительно ненапрягаемыми стальными обоймами, поперечными хомутами
и проволочной обвязкой, достигается за счет ограничения поперечных деформаций кладки
и обеспечения устойчивости отдельных гибких столбиков, так как потери напряжений от
обжатия раствора и кладки превышают напряжения, создаваемые в поперечной арматуре
вследствие действия вторичных поперечных напряжений растяжения в каменной кладке
при продольном ее сжатии.
ВЫВОДЫ
Таким образом были определены задачи настоящих исследований прочности и деформативности
каменных столбов, усиленных железобетонной рубашкой:
Определить теоретическими методами напряженно-деформативное состояние каменных столбов,
усиленных железобетонной рубашкой.
Разработать теорию расчета несущей способности каменной кладки в условиях трехосного напряженного состояния, создаваемого эксплуатационной нагрузкой и железобетонной рубашкой.
Проверить экспериментальным путем основные положения теории расчета.
Разработать инженерную методику расчета несущей способности каменных столбов, усиленных железобетонной рубашкой.
38
.
13-14, 2006 .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Балушкин А.Л. Дефекты и повреждения железобетонных и каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений: Учеб. пособие/ А.Л.Балушкин, Н.С.Сапрыкина. -Ярославль, 1996.-83 c.: ил. -ISBN 5-230-15299-0: 100 экз.В надзаг.:
Ярослав. гос. техн. ун-т . Каф. «Строит. конструкции». Библиогр.: с.81-82(11назв.).
2. Бедов А.И. Проектирование каменных и армокаменных конструкций: Учеб. пособие для студентов по спец. 290300 «Пром. и гражд. стр-во» направления 653500 «Стр-во»/ А.И.Бедов, Т.А.Щепетьева. -М.: АСВ, 2002.-239 с.: ил. -ISBN 593093-120-8: 2000 экз.Библиогр.: с.238-239(47 назв.).
3. Бедов. Каменные и армокаменные конструкции. Проектирование, усиление и восстановление. — Уфа: , 2005 (: ООО
«ДизайнПолиграфСервис»).— с.: ил. —.— Обязательный экземпляр Национальная библиотека им. А.-З. Валиди Республики Башкортостан: ISBN 5-88333-117-3.
4. Беленцов, Ю. А. Повышение прочности кирпичной кладки: от смены представлений к реальным результатам / Ю. А.
Беленцов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века.— Б.м. — 2005.— N 11.— С. 26-27.— ISSN
1729-9209.— Библиогр.: с. 27 (5 назв.).
5. Габрусенко В.В. Аварии, дефекты и усиление железобетонных и каменных конструкций. 125 вопросов и ответов: учеб.
пособие/ В.В. Габрусенко. -Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2005.-104 с.: ил. -Библиогр.: с. 103-104 (27 назв.). -ISBN 57795-0255-2: 150 экз.В надзаг.: Новосиб. гос. архитектур.-строит. ун-т (Сибстрин).
6. Глухов, Вячеслав Сергеевич, ред. Усиление оснований и фундаментов аварийных зданий и сооружений: Международная
науч.-практ. конф., 19-20 сент. 2002 г.: Сб. материалов [Под ред. В.С. Глухова]. - Пенза: Приволж. Дом знаний, 2002.
7. Рекомендации по усилению каменных конструкций зданий и сооружений ЦНИИ строит. конструкций им. В. А. Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1984.
8. Технологические правила ремонта каменных, бетонных и железобетонных конструкций эксплуатируемых железнодорожных мостов: Утв.Департаментом пути и сооружений 02.12.96. -М.: Трансп., 1997.-87 с.: ил.
9. Amrhein, James E. Reinforced masonry engineering handbook: Clay a. concrete masonry James E. Amrhein Справочник по
проектированию строительных конструкций из искусственных камней. - Los Angeles (Calif.): Masonry inst. of America
(MIA) Boca Raton New York: CRC press, Cop. 1998.
10. Curtin, W G. Structural masonry designers’ manual W. G. Curtin, G. Shaw, J. K. Beck, W. A. Bray Проектирование каменных
конструкций. Практическое руководство. - Oxford etc.: BSP professional books, 1989.