Введение к работе
Актуальность темы. Массовое строительство нетипового жилья и гражданских зданий, высокие темпы производства мелкоштучных стеновых материалов свидетельствуют о том, что каменная кладка различных видов еще долгое время будет широко распространенным способом возведения стен зданий и сооружений, а необходимость совершенствования методов определения несущей способности каменных конструкций не утрачивает актуальности.
Несмотря на то, что сопротивление силовым воздействиям слагающих кладку камня и раствора детально изучено, она до сих пор остается одним из наименее рациональных строительных композитов, поскольку ее прочность существенно меньше прочности камня. В особенности это касается наиболее распространенной на практике кирпичной кладки, сложенной на традиционных сложных и цементных растворах. Положенная в основу нормативного расчета теория деформирования и сопротивления кладки проф. Л. И. Онищика во многих случаях дает существенные расхождения расчетной и экспериментальной прочностей. Связано это со сложностями определения напряженно-деформированного состояния (НДС) кладочных элементов и использованием приближенных методов определения прочности кладки R. В настоящее время расчет ее прочности сведен к использованию ряда эмпирических зависимостей, дающих удовлетворительные результаты лишь для кладок из материалов, в опытах с которыми эти зависимости были получены. Использование этой методики не позволяет удовлетворительно учитывать деформативные свойства и геометрические размеры кладочных материалов, особенности структуры и технологические факторы в виде различных физических неоднородностей растворных швов и др.
Таким образом, существенный исследовательский потенциал содержат вопросы совершенствования методов определения прочности и основных этапов деформирования кирпичной кладки, учитывающие как прочностные и деформативные характеристики, так и геометрические размеры составляющих кладочного композита — отдельных камней, горизонтальных и вертикальных растворных швов, разнообразные технологические факторы макронеоднородности кладки. В настоящей работе ее решение выполнено на основе итерационного моделирования процесса деформирования и разрушения нагруженной кладки.
Диссертационная работа выполнена по заданию Федерального агентства по образованию на проведение научных исследований по тематическому плану научно-исследовательских работ, финансируемых из средств бюджета по теме 05-Б-З 1.3.05 «Разработка теории работы, методов расчета и проектирования каменных конструкций с поперечным армированием новыми эффективными материалами».
Цель работы — разработка метода расчета прочности центрально-сжатой каменной кладки с учетом технологических факторов ее устройства.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
— экспериментальное изучение характера изменения и предельных значений при нагружении основных механических характеристик наиболее распространен-
ных кладочных материалов — керамического и силикатного кирпичей, сложных и цементных растворов в швах;
анализ и ранжирование технологических факторов производства каменных работ, геометрических параметров и деформативных свойств кладочных материалов по степени их влияния на прочность кладки;
составление расчетной схемы камня и растворного шва в массиве центрально-сжатой кладки, учитывающей наиболее значимые технологические факторы и содержащей параметры неоднородности раствора в швах;
построение итерационного алгоритма расчета прочности центрально-сжатой кладки с учетом технологических факторов и неоднородности раствора в швах.
Научную новизну работы составляют:
результаты численного моделирования НДС кладочного композита, включая результаты качественного ранжирования и количественной оценки степени влияния технологических факторов на прочность центрально-нагруженной кладки;
расчетная схема камня и растворных швов в массиве кладки, учитывающая неоднородность раствора в швах по длине камня;
методика экспериментального определения количественных параметров неоднородности раствора в швах;
методика экспериментальных исследований деформативности кладки на основе макрофотографирования ее деформаций;
алгоритм расчета прочности центрально-нагруженной кладки с учетом технологических факторов ее выполнения и неоднородностей раствора в швах;
результаты сопоставительного анализа экспериментальных и расчетных значений прочности центрально-сжатой кладки.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов диссертации базируются на использовании: общепринятых гипотез теории упругости и пластичности, в том числе и для микронеоднородных сред; энергетических критериев прочности кладки; сертифицированного испытательного оборудования и расчетных программных комплексов; методов статистической обработки экспериментальных данных, а также хорошей согласованности результатов расчетов и экспериментов.
Практическое значение и внедрение результатов исследования.
Разработанная методика расчета центрально-сжатой каменной кладки позволяет более обоснованно определять прочность кладки с учетом технологических факторов — фактически выявленных и статистически установленных дефектов и особенностей ее выполнения. Это предоставляет возможность достоверно оценить остаточную несущую способность существующей кладки, а при проектировании новых каменных конструкций — полнее учитывать свойства кладочных материалов и технологию каменных работ, тем самым повышая экономическую эффективность проектных решений.
Экспериментальные методы макрофотографирования деформаций и определения расчетных параметров неоднородности раствора в швах кладки, алгоритмы
расчета прочности и основные рекомендации, изложенные в работе, были использованы ОАО «ЖБК-1» при определении резерва несущей способности существующих и проектировании новых каменных конструкций двух производственных зданий. Результаты работы внедрены в учебные программы дисциплин «Железобетонные и каменные конструкции», «Технические вопросы реконструкции зданий», «Обследование и испытание зданий и сооружений» для студентов строительных специальностей Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова.
Апробация работы. Основные положения работы представлены в докладах на 7-х академических чтениях РААСН (Белгород, 2001 г.), международной научно-практической конференции «Рациональные энергосберегающие конструкции, здания и сооружения в строительстве и коммунальном хозяйстве» (Белгород, 2002 г.), международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород, 2009 г.).
В полном объеме работа доложена и одобрена на расширенном заседании кафедры промышленного и гражданского строительства Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова (г. Белгород, март 2010 г.).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в пяти публикациях, в том числе в двух изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения с основными выводами, списка литературы и приложений.
Работа изложена на 165 страницах машинописного текста, включающего 16 таблиц, 52 рисунка, список литературы из 134 наименований и 4 приложения.
На защиту выносятся:
результаты численного моделирования и ранжирования технологических факторов производства каменных работ по степени их влияния на прочность центрально-сжатой кладки;
методика и результаты нормирования расчетных параметров неоднородности раствора в швах;
методика мониторинга деформированного состояния кирпичной кладки;
решение задачи определения НДС камня и растворного шва в массиве центрально-нагруженной кладки;
алгоритм расчета прочности кладки с учетом наиболее значимых технологических факторов;
результаты сопоставления определенной экспериментально и полученной расчетом прочности центрально-сжатой кладки.
Похожие диссертации на Прочность центрально-сжатой кладки с учетом технологических факторов
