Внецентренное сжатие

Внецентренное сжатие является наиболее распространенным видом загружения каменных конструкций. В практике имеют место случаи приложения нагрузки как с небольшими эксцентрицитетами (обычно в стенах и столбах жилых зданий), так и с очень значительными эксцентрицитетами (карнизные участки стен жилых зданий, стены промышленных зданий). Внецентренное сжатие может быть также вызвано и изгибающим моментом от поперечной нагрузки, например от ветрового давления, от давления земли на стены подвала.

При внецентренном сжатии с большими эксцентрицитетами также сохраняются прямолинейность эпюры деформаций и криволинейность эпюры напряжений. В этом случае, как известно, часть сечения растянута. Сопротивление каменной кладки растяжению при изгибе по неперевязанным сечениям (например, по горизонтальным швам кладки при вертикальной внецентренно приложенной нагрузке) составляет для большинства кладок всего лишь от 0,05 до 0,1 сопротивления сжатию. Поэтому при сравнительно небольшой нагрузке могут появиться трещины с растянутой стороны сечения, что, однако, не означает разрушения элемента. Действительно, если усилие приложено в пределах сечения, то оно уравновешивается сопротивлением сжатой части сечения даже в том случае, если растянутая зона полностью выключается из работы. Вследствие этого при больших эксцентрицитетах разрушающая нагрузка может в несколько раз превышать по величине нагрузку, вызывающую трещины с растянутой стороны сечения. Разрушение произойдет лишь тогда, когда будет достигнут предел прочности кладки в сжатой зоне сечения.

Современные методы расчета каменных конструкций правильно оценивают несущую способность элемента не по нагрузке, соответствующей появлению трещин в растянутой зоне( т. е. не по разрушению растянутой части сечения), а по нагрузке, разрушающей сжатую зону сечения, так как эта нагрузка одновременно вызывает и разрушение элемента в целом.

Указанное выше основное правило расчета каменных конструкций на внецентренное сжатие не означает, однако, что в растянутой зоне кладки могут быть допущены трещины любой величины. Трещины в стене или столбе при внецентренном сжатии представляют собой некоторое раскрытие горизонтальных швов кладки. Если большие эксцентрицитеты не превосходят некоторых предельных величин, то раскрытие швов невелико и обычно даже значительно меньше, чем часто встречающиеся в кладке зазоры между кирпичом и раствором, вызываемые усадкой раствора. Такое раскрытие швов незаметно на глаз и не вызывает появления видимых трещин в облицовке или штукатурке стены.

Можно ожидать при полном использовании несущей способности сжатой зоны значительного, иногда недопустимого раскрытия швов на растянутой стороне элемента. В этом случае раскрытие швов может оказаться хорошо заметным на глаз, вызвать появление трещин в отделке стены и явиться причиной проникновения влаги в стену и постепенного разрушения кладки при замерзании и оттаивании воды. Поэтому необходим расчет каменных конструкций не только по несущей способности, но и по трещинам (по третьему расчетному предельному состоянию), чтобы не допустить появления этих трещин или ограничить их толщину и глубину.

Эксцентрицитеты, превышающие 0,9 у (при основных сочетаниях нагрузок) или 0,95 у (при основных и дополнительных сочетаниях нагрузок) в каменных конструкциях, изгибаемых по неперевязанным сечениям, не допускаются. При таких эксцентрицитетах сжатая зона сечения очень мала. Если по случайным причинам при возведении или эксплуатации здания эксцентрицитет хотя бы незначительно увеличится по сравнению с расчетными предположениями, то усилие может оказаться приложенным за пределами сечения и уже не может быть уравновешено напряжениями одной лишь сжатой зоны сечения. В рассматриваемом случае элемент будет нести некоторую нагрузку только при условии одновременной работы как сжатой, так и растянутой зон. Появление трещины в растянутой зоне, если усилие находится за пределами сечения, вызовет мгновенное разрушение элемента в целом. Между тем, сопротивление растянутой зоны определяется при растяжении по горизонтальным швам кладки только нормальным сцеплением раствора с камнем. Как уже указывалось, прочность нормального сцепления является очень неопределенной величиной, зависящей от многих факторов. Поэтому было бы весьма опасно назначать расчетом несущую способность элемента, рассчитывая только на нормальное сцепление раствора с кирпичом. Приведенное выше ограничение максимальной величины эксцентрицитета в каменной кладке сделано именно по этой причине. В зависимости от величины эксцентрицитета различают следующие случаи расчета каменных конструкций на внецентренное сжатие.

Второй случай (больших эксцентрицитетов) — когда эксцентрицитет 0,45, но не превышает величин. В этом случае в части сечения обязательно происходит раскрытие швов, так как напряжения превосходят сопротивление кладки растяжению при изгибе. Однако величина раскрытия швов находится в допустимых пределах и расчет элемента производиться только по его несущей способности.

Третий случай (очень больших эксцентрицитетов) — когда эксцентрицитет превышает величины (но не более 0,9 — при основных сочетаниях нагрузок и 0,95 — при основных и дополнительных сочетаниях нагрузок). При таких эксцентрицитетах полное использование несущей способности сжатой зоны обычно не имеет места, так как при меньших нагрузках происходит недопустимое раскрытие швов в растянутой зоне. Расчет в этом случае должен производиться на трещиностойкость, а иногда также и по несущей способности.

Имея это в виду, мы не приводим здесь формул и примеров расчета армокаменных конструкций. Эти формулы приведены в нормах и технических условиях проектирования каменных и армокаменных конструкций, а их вывод аналогичен выводу формул для расчета железобетонных конструкций.

Читайте так же:

Комментарии запрещены.