Экспериментальные исследования многослойной кладки с ветрикальными диафрагмами.

1. Кладка с диафрагмами из кирпичной кладки.

Как отмечалось, одной из причин ограничения высоты стен с соединением слоёв кирпичными диафрагмами является опасность среза кирпичных диафрагм при сдвиге наружного и внутреннего слоёв относительно друг друга. Сдвиг слоёв возникает при действии на них неодинаковой нагрузки, различий в упругих свойствах материалов слоёв, а также в результате неодинаковых температурно-влажностных деформаций наружного и внутреннего слоёв кладки.

В 1987 году в ЦНИИСК им. Кучеренко инженером Шенкаренко Е.В. под руководством автора было испытано три серии из 18 образцов. Из них 9 образцов были из силикатного кирпича и 9 из глиняного. Прочность на сжатие силикатного кирпича составила 18 МПа и при изгибе 4,7 МПа. Прочность на сжатие глиняного кирпича равнялась на сжатие 18 МПа и при изгибе 2,5 МПа. Марка раствора составила 2,5 МПа. Образцы являлись симметричными относительно центральной оси и состояли из трёх столбов, соединённых вертикальными диафрагмами (рис. 5.4, 5.5, 5.6). Отличие образцов состояло в конструкции вертикальной диафрагмы. В серии I длина диафрагмы равнялась 160 мм, сериях II и III - 140 мм, но в серии Ш кирпичи диафрагмы укладывались на ребро.

Нагрузка прикладывалась с двух сторон с помощью пятитонных домкратов, что позволяло исключить изгиб образцов относительно оси симметрии. Во время испытаний замерялись деформации сдвига наружных слоёв кладки относительно внутреннего слоя с помощью индикаторов часового типа (мессур).

Разрушение образцов происходило в результате как среза кирпичей в диафрагмах, так и по вертикальным и горизонтальным растворным швам. На рис. 5.7. показаны фотографии двух образцов типа I и II после испытаний. На рис. 5.7, а показан образец, разрушение которого произошло в результате среза кирпичей в диафрагме в одной плоскости. В то же время образец, изображенный на рис. 5.5, б, разрушился в результате расслоения кладки диафрагмы по вертикальным и горизонтальным швам. Такой характер разрушения будет наиболее вероятен для верха стен, где отсутствует обжатие кладки. Для средних и нижних этажей более вероятен срез кирпичей диафрагм по первому случаю (рис. 5.8). На рис. 5.9 показаны усредненные графики зависимости между относительными сдвигающими усилиями (N / Nu.) и относительным сдвигом е, построенные по результатам испытаний.

Для дальнейших расчётов может понадобиться предельная величина абсолютного сдвига. которая может быть принята для образцов всех типов равной 0,2 мм.

2. Кладка с диафрагмами из ячеистобетонных камней.


С целью снижения теплопотерь через «мостики холода», которыми являются вертикальные диафрагмы, заказчиком работы трестом Мособлстрой-5 было предложено выполнить их из ячеистобетонных камней.

В 2003 году в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко инженерами А.В. Калугиным и О.В. Кудиновым под руководством автора были проведены испытания кладки с такими диафрагмами. Было испытано две серии образцов – с толщиной наружного слоя кладки 12см и 25 см.

Описание опытных образцов.

Образцы выполнялись двух типов. Образцы 1-го типа представляли собой фрагменты трёхслойной кладки. Толщина наружного слоя равнялась 120 мм, внутреннего 250 мм. Оба слоя выполнялись из полнотелого глиняного кирпича. Соединение наружного и внутреннего слоёв осуществлялось вертикальной диафрагмой. Диафрагма выполнялась комбинированной – из глиняного кирпича, заводимого в наружный слой кладки и ячеистобетонных камней, заводимых во внутренний слой кладки. Чертеж образца приведён на рис. 5.10, фото на рис. 5.11.

Камни из ячеистого бетона имели толщину 100 мм, высоту 138 мм и длину 160 мм. Высота образца составляла 80 мм. Такая конструкция образца позволяла осуществлять соединение наружного и внутреннего слоёв кладки без выхода на фасад камней из ячеистого бетона.

Образцы выполнялись без армирования и с армированием горизонтальными  - образными стержнями из арматуры 6АI.

Образцы второго типа выполнялись с толщиной наружного и внутреннего слоёв по 250 мм с расстоянием между ними в свету 180 мм. Чертёж образца приведен на рис. 5.12, фото на рис. 5.13. высота образцов равнялась 1135 мм. Наружный и внутренний слои выполнялись из полнотелого глиняного кирпича, диафрагма из ячеистобетонных камней толщиной 100 мм, высотой 200 мм и длиной 300 мм.

Такая конструкция диафрагмы позволяет, как и в первом случае, не выходить камням из ячеистого бетона на фасад. При этом такие стены являются более эффективными с точки зрения теплотехники.

Были испытаны образцы кладки как с арматурой из  - образных стержней, так и без неё.

Кладка образцов первого и второго типов выполнялась на цементно-песчаном растворе марки М50. В качестве пластификатора применялась известь.

Методика проведения испытания.

Образцы испытывались на сдвиг наружного слоя стены относительно внутреннего. Для обеспечения сдвига была использована установка, представляющая собой П-образную стальную раму, крепящуюся к силовому полу.

Сдвиг обеспечивался десятитонным гидравлическим домкратом, усилие от которого прикладывалось к наружному слою кладки (рис.5.14).

Для обеспечения возможности сдвига опора под наружным слоем кладки после помещения образца в установку для испытаний удалялась. С целью исключения поворота образца к внутреннему слою кладки прикладывалось с помощью пятитонного домкрата усилие обжатия.

Сдвигающее усилие прикладывалось этапами. На каждом этапе замерялась разность вертикальных перемещений наружного и внутреннего слоёв фрагмента стены с помощью расположенных по обеим сторонам образца мессур часового типа с ценой деления 0,01 мм. Кроме того, мессурами часового типа замерялись деформации образцов по диагоналям, вертикальные деформации наружного и внутреннего слоёв. С помощью прогибомеров с ценой деления 0,1 мм определялись горизонтальные перемещения наружного и внутреннего слоёв в уровне верха и низа образца. Схема расстановки приборов приведена на рис. 5.15. На ряде образцов выполнялись замеры деформаций камней из ячеистого бетона с помощью наклеенных на них тензодатчиков.

Характер разрушения образцов.

Разрушение армированных и неармированных образцов имело значительные различия. Характер разрушения неармированных образцов был близок к хрупкому. У армированных образцов в процессе нагружения происходило вначале обжатие ячеистобетонных камней и их срез, а затем кладка работала, как с гибкими связями. Причём у армированных образцов первого типа среза перевязочных глиняных кирпичей так и не происходило до самого разрушения кладки. На рис. 5.16 - 5.18 приведены фотографии образцов после их испытаний.

Первые трещины в неармированных образцах типа I появились в ячеистобетонных камнях при уровне нагружения около 1,0 от предельного сдвигающего усилия. В армированных образцах типа 1 первые трещины появились при уровне сдвигающего усилия около 0,5 от предельного значения.

В неармированных образцах типа  первые трещины появились при уровне сдвигающего усилия около 1,0 от предельного и в армированных около 0,4 от предельного.

Армированные образцы даже после образования в диафрагме трещин, практически разделяющих две стенки, продолжали работать за счёт арматуры, всё более превращающейся в гибкие связи. Вместе с тем даже после среза камней диафрагмы ещё некоторое время также продолжали работать совместно со стальными связями.

Прочность вертикальных диафрагм при сдвиге.

Предельное усилие сдвига при испытании диафрагм составило:

- в неармированных образцах типа  - 6 КН;

- в армированных образцах типа а – 27 КН;

- в неармированных образцах типа  - 5 КН;

- в армированных образцах типа а - 32 КН.

Таким образом, благодаря армированию несущая способность образцов типа 1 возросла в 4,5 раза и образцов типа 2 в 6,4 раза.

Деформации образцов.

На рис. 5.19 приведены сводные графики зависимости абсолютного сдвига диафрагм е от сдвигающего усилия N. Видно, что до момента образования первых трещин в кладке неармированных диафрагм образцов 1-го и  -го типов зависимость абсолютного сдвига е от сдвигающего усилия N является практически линейной. Напротив, в армированных образцах эта зависимость после образования трещин становится ярко выраженной нелинейной.

Предельные величины абсолютного сдвига между слоями кладки для неармированных образцов были значительно ниже. При этом в армированных образцах предельные деформации достигали очень больших величин за счёт работы арматуры в качестве гибких связей после среза камней.

Предельные величины абсолютного сдвига, полученные для каждой группы образцов, составили:

- в неармированных образцах типа  - 0,4 мм;

- в армированных образцах типа а - 2,9 мм;

- в неармированных образцах типа  - 0,4 мм;

- в армированных образцах тип  - 0,5 мм.

Для всех типов образцов величину предельного сдвига, ниже которой многослойная стена сохранила бы свои эксплуатационные качества, может быть принята равной 0,3 мм.

3. Сдвиговая жёсткость вертикальных диафрагм.

Для расчета многослойной стены, например, методом составных стержней, понадобится определение сдвиговой жесткости кладки вертикальных диафрагм, которая может быть подсчитана по формуле:

(5.3.1)

где Т - погонное усилие сдвига;

е - абсолютный сдвиг слоёв.

На основании полученных экспериментальных данных по этой формуле были подсчитаны коэффициенты жёсткости кладки вертикальных диафрагм.

Для оценки жёсткости вертикальных диафрагм многослойной кладки предлагается следующая формула, которая по мере накопления экспериментальных данных может быть уточнена:

(5.3.2.)

где отн - относительная величина жёсткости диафрагмы:

отн = 0,07 - для диафрагмы из кирпичей высотой 65-88 мм;

отн = 0,04 - для диафрагмы из комбинированной кладки из кирпича высотой 65 мм и камней из ячеистого бетона высотой 138 мм;

отн = 0,02 - для диафрагмы из кирпича «на ребро»;

отн = 0,08 – для диафрагмы из кладки из ячеистобетонных камней высотой 200 мм;

α - упругая характеристика кладки диафрагмы, определяемая по 1.17;

Ru - временное сопротивление кладки диафрагмы сжатию;

lD - длина диафрагмы, равная расстоянию в свету между наружным и внутренним слоями кладки;

hD - толщина диафрагмы;

НD - высота диафрагмы.

При определении сдвиговой жёсткости диафрагм  значения усилий N, равных суммарному усилию сдвига, и абсолютного сдвига величины е определялись при уровне сдвига ес. когда эксплуатационные качества диафрагмы ещё не были исчерпаны.

4. Выводы

1. До появления в вертикальных диафрагмах трещин наружный и внутренний слои стены работают совместно.

2. Разрушение кладки вертикальных диафрагм при сдвиге слоёв относительно друг друга происходит по двум случаям:

- В вертикальной плоскости в результате среза кирпичей в диафрагмах.

- По вертикальным и горизонтальным растворным швам.

3. Жёсткость вертикальных диафрагм при сдвиге может быть оценена по формуле 5.3.2. Предельная величина абсолютного сдвига слоёв относительно друг друга может быть принята для кладки с вертикальными диафрагмами из кирпичной кладки равной 0,2 мм и из ячеистобетонных камней 0,3 мм.

По материалам сайта: http://kamkon.narod.ru