12 Июль 2016

 

ГВ. МАРЧЮКАЙТИС, д-р техн. наук, Б.Б. ЙОНАЙТИС,
Ю.С. ВАЛИВОНИС, кандидаты техн. наук, Вильнюсский технический университет им. Гедиминаса, И.Я. ГНИП, канд. техн. наук, институт «Термоизоляция» Вильнюсского технического университета им. Гедиминаса (Литва)

 

В настоящей статье представлены результаты исследований, позволяющие более точно оценить прочность и деформативность при сжатии каменной кладки, используя прочностные показатели камня (кирпича) и раствора, определенные как по ГОСТ [1, 2], так и по EN [3, 4].

 

Согласно СНиП II-22—81 [5] расчетные сопротивления сжатию каменной кладки принимают по прочностным показателям камня (кирпича) и раствора при сжатии. В основу норм проектирования каменных конструкций [5] для определения средней прочности каменной кладки при кратковременной нагрузке положена зависимость, предложенная Л.И. Онищиком:

sm11_04-1

где fu — кратковременная прочность каменной кладки при сжатии (нормативная прочность fk = 0,7fu); А — коэффициент, учитывающий конструктивные особенности кладки; fb и fm — прочность при сжатии кирпича (камня) и раствора соответственно; а и b — коэффициенты, зависящие от вида и размеров кирпича (камня); η — поправочный коэффициент, зависящий от соотношения прочности раствора и камня при сжатии.

 

В [5] при определении прочности каменной кладки при сжатии не учитывается толщина швов кладки, принимая, что толщина последних не более 12 мм. Согласно Eurocode 6 по проектированию каменных конструкций [6] нормативную прочность каменной кладки определяют по эмпирическим формулам в зависимости от толщины швов кладки. При толщине горизонтальных швов 3—15 мм нормативная прочность каменной кладки при сжатии составляет

sm11_04-2

а при толщине менее 3 мм

sm11_04-3

где К – коэффициент, учитывающий вид, форму и пустотность камней кладки.

 

В Eurocode 6 также рекомендуется нормативную прочность кладки определять по экспериментальным
данным, в частности

sm11_04-4

где f и fmin средняя и минимальная прочность кладки, определяемая испытанием фрагментов каменной кладки на сжатие в соответствии с требованиями [6].

 

Согласно [6] расчетная прочность каменной кладки принимается равной

sm11_04-5

где γм— коэффициент надежности каменной кладки, учитывающий вид и качество кладки и принимаемый от 1,7 до 3 (ниже при сравнении расчетных значений прочности кладки по СНиП II-22-8 и Eurocode 6 принято γм = 3).

 

Таким образом, прочность каменной кладки при сжатии по СНиП II-22—81 и Eurocode 6 зависит от двух оказывающих наибольшее влияние факторов — прочности камня (кирпича) и раствора.

 

Следующим важным показателем каменной кладки является ее деформативность, характеризуемая модулем упругости, который также зависит от прочностных свойств материалов кладки. Согласно [5, 6] модуль упругости при кратковременной нагрузке принимается равным

sm11_04-6

где Е0 — модуль упругости (начальный модуль деформаций) кладки; а — упругая характеристика кладки.

 

Известно, что упругие свойства кладки зависят от деформационных свойств камня и раствора. В частности, упругая характеристика кладки а принимается в зависимости от вида и марок кирпича и раствора и колеблется в пределах от 350 до 1500 в [5], а согласно [6] принимается равной 1000. Последнее значение a в нормативе [5] соответствует только некоторым видам кладки.

 

Поэтому при проектировании и возведении каменных конструкций по действующей главе СНиП II-22—81 важно знать, по какой методике определены прочностные свойства материалов кладки при сжатии.

 

sm11_04-7

Рис. 1. Эмпирическая зависимость коэффициента km от прочности раствора при сжатии, определенной по ГОСТ 5802-86

 

sm11_04-8

Рис. 2. Зависимости прочности каменной кладки, принимаемой согласно СНиП 11-22—81 от прочности материалов, определяемой по методам ГОСТ [1,2] (линия 1) и EN [3, 4] (линия 2): для марки сплошного кирпича всех видов М25 (а) и М15 (б)

 

Прочность раствора, принимаемую в СНиП II-22—81, определяют согласно ГОСТ 5802—86, а в Eurocode 6 — согласно EN 1015-11:1999.

 

Из 10 растворов различных прочностей было изготовлено по 5 образцов в соответствии с требованиями [2, 4]. Анализ результатов испытаний образцов на сжатие показал, что методы испытаний дают разные значения прочности раствора.

 

На основании статистической обработки результатов испытаний была построена зависимость отношения прочностей раствора при сжатии, определенных по [4] и [2] кт =fmEN/fm ГОСТ,, от значения прочности раствора при сжатии, определенной по [2] (рис. 1):

kт = 1,2240,058lnfт ГОСТ. (7)

 

Среднее квадратическое отклонение Star = 0,036.

 

Здесь fт ГОСТ, fт EN — прочность раствора при сжатии, определенная по ГОСТ 5802-86 и EN 101511:1999 соответственно.

 

Прочность кирпича, применяемую в СНиП II-22—81, определяют согласно ГОСТ 8462-85, а марку кирпича принимают по прочности при сжатии и изгибе.

 

При оценке прочности кладки при сжатии согласно Eurocode 6 прочность кирпича определяют по методике [3]. Были выполнены испытания сплошного кирпича одних и тех же партий по методам [1] и [3]. Следует отметить, что прочность кирпича, определенная по [3], больше значения, получаемого по методике [1]. Коэффициент увеличения kb = fb EN/fb ГОСТ составляет в среднем 1,1 и 1,14 для керамического и силикатного кирпича соответственно.

 

Прочность кладки при сжатии, определяемая по нормативам [5] и [6], различна и зависит от соотношения прочности кирпича и раствора (fb/fm) с учетом коэффициентов km и kb. При fb/fm < 5 и марке кирпича М12,5 прочность кладки при сжатии согласно СНиП II-22—81 в среднем на 6% меньше прочности, определяемой по Eurocode 6, а при марке кирпича М25 это уменьшение составляет в среднем 18%. При увеличении соотношения fb/fm > 10 прочность каменной кладки по [5] превышает прочность кладки по [6] практически не более чем на 5%.

 

Сравнение прочности кладки при сжатии, принимаемой согласно СНиП II-22—81 исходя из прочности кирпича и раствора, определенной по методам ГОСТ [1, 2] и по EN [3, 4], показывает, что при уменьшении отношения fb/fm различие в значениях прочности кладки при сжатии может достигать 25 и 18% при марке сплошного кирпича всех видов М15 и М25 соответственно. При снижении прочности раствора влияние методик определения прочности материалов менее сказывается на прочности кладки, принимаемой по СНиП [5]. Например, при марке кирпича М15 и раствора М1,5 прочность кладки по СНиП [5] при определении прочности материалов по ГОСТ [1, 2] практически одинаковая, как и при определении прочности материалов по EN [3, 4]. При соотношении fb/fm > 10 (кирпич М15) и > 20 (кирпич М25) наблюдается меньшая прочность кладки при применении прочности материалов, определенной по EN [3, 4]. Так, при марке кирпича М25 и fb/fm, равным 30, это уменьшение составляет 10%, а при М15 — 20% (рис. 2).

 

Прочность кладки при сжатии по Eurocode 6 [6], формула (2), при использовании прочностных показателей материалов, определенных по ГОСТ [1, 2], получаем заниженной.

 

На основании формулы (6) и анализа результатов определения прочности материалов при сжатии по методам [1—4] можно отметить, что модули упругости, определенные по [6], значительно выше, чем по [5]. Например, при марке сплошного силикатного кирпича М25 и раствора М2—М2,5 модуль упругости по [6] почти в 2,1 раза больше, чем по [1] при кратковременной нагрузке и в 2,7 раза — при длительной нагрузке (рис. 3). При меньшей прочности раствора разница между модулями упругости по [5] и [6] несколько уменьшается (рис. 3). Однако согласно [6] при кратковременной нагрузке значение модуля упругости каменной кладки из керамического и силикатного кирпича одно и то же, а по [5] зависит от вида кирпича и прочности раствора.

sm11_04-9

Рис. 3. Зависимость модуля упругости каменной кладки из сплошного кирпича М25 от соотношения fb/fm, определенного по СНиП II-22-81 при кратковременном нагружении: ▼ — силикатный кирпич; ■ — керамический. При длительном нагружении: ВД -силикатный кирпич; ■ — керамический. По Eurocode 6, Part 1-1 при кратковременном нагружении: • — силикатный кирпич; ▲ — керамический. При длительном нагружении: К -силикатный кирпич; И — керамический

 

На основании проведенных исследований нами сделаны следующие выводы.

  1. Значения прочности кирпича и раствора, определенные по ГОСТ 8462—85 и 5802—86, меньше, чем по EN 772-1:2000 и 1015-11:1999. Для раствора это уменьшение может достигать 30%, а для сплошного керамического и силикатного кирпича — 10 и 14 % соответственно.
  2. При применении относительно более прочного раствора (до 1/10 прочности кирпича) прочность кладки, принимаемая согласно СНиП П-22—81, может быть на 18% меньше по сравнению с Eurocode 6.
  3. При использовании прочностных характеристик кирпича и раствора, определенных согласно EN 772-1:2000 и 1015-11:1999, прочность каменной кладки, определенная по СНиП II-22-81 при fb/fm не более 10, будет завышенной. Во избежание такого несоответствия рекомендуется использовать переходные коэффициенты кт и кь или проверять прочность каменной кладки экспериментально, как рекомендует Eurocode 6.
  4. Во всех случаях модуль упругости каменной кладки, определенный по Eurocode 6, больше, чем по СНиП П-22—81. Это увеличение зависит от прочностных характеристик материалов, вида кирпича, продолжительности действия нагрузки и может достигать 2,7 раза.

 

Список литературы

  1. ГОСТ 8462—85. Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе. М.: Изд. стандартов. 1985. 8 с.
  2. ГОСТ 5802—86. Растворы строительные. Методы испытания. М.: Изд. стандартов. 1986. 22 с.
  3. EN 772-1:2000. Methods of test for masonry units. Part 1: Determination of compressive strength. 2000. 10 p.
  4. EN 1015-11:1999. Methods of test for mortar of masonry. Part 11: Determination of flexural and compressive strength of hardened mortar. 1999. 12 p.
  5. СНиП II-22—81. Каменные и армокаменные конструкции. М.: Стройиздат. 1983. 40 с.
  6. Eurocode 6. Design of Masonry Structures. Part 1-1: General Rules for Buildings. Rules for Reinforced and Unreinforced Masonry. Brussels. 1994. 200 p.

 

Статья взята из журнала «Строительные материалы»