Результат интеллектуальной деятельности: Способ повышения несущей способности армокаменной кладки

Изобретение относится к строительным конструкциям и может быть использовано в кирпичной кладке при возведении колонн, простенков и стен.

Известна армокаменная кладка, содержащая каркас из пересекающихся стержней, сваренных в точках пересечения и заполняющих пространство бетона (СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции. - М., 1981).

Недостатком известной конструкции является малая жесткость замкнутых квадратных ячеек сетчатой арматуры при воздействии на них изнутри расширяющегося кладочного раствора при сжатии кладки. Стержни, составляющие арматурную сетку, подвергаются действию неблагоприятной схемы нагружения - изгибу и поэтому имеют малую жесткость, а сварные соединения между стержнями подвергаются срезывающим усилиям. Оба этих факта указывают на недоиспользование прочностных свойств материала арматурной сетки. Кроме того, применяемые схемы поперечного армирования кирпичной кладки практически не имеют расчетной базы.

Наиболее близким к заявляемому способу повышения несущей способности каменной кладки является каменная кладка с поперечным армированием, состоящая из каменной кладки с поперечным армированием в горизонтальных швах кладки, причем поперечное армирование выполнено в виде более одного концентрически расположенных замкнутых колец или более одного замкнутых пересекающихся колец (RU 2585314, МПК Е04В 2/10, Е04В 1/41, опубл. 27.05.2016).

Недостатком предложенного армирования является недостаточная жесткость разнообразных по форме замкнутых ячеек.

Техническим результатом предлагаемого способа повышения несущей способности армокаменной кладки является повышение ее прочности до уровня прочности кирпича на сжатие путем расположения в массе кладочного раствора ряда замкнутых круговых арматурных элементов, уменьшение расхода арматурной стали и упрощение технологии изготовления.

Заявляемый технический результат достигается однослойным расположением в массе кладочного раствора несоприкасающихся между собой кольцевых элементов расчетных размеров из арматурной стали, изготовленных путем навивки прямолинейных стержней на оправку соответствующих размеров, последующей резки и стыковой контактной сварки.

Замена схемы нагружения арматурного стержня с изгиба на растяжение позволяет полностью использовать прочность и жесткость его металла и, следовательно, сопротивление раствора поперечным деформациям и повысить несущую способность каменной кладки.

Сущность изобретения состоит в том, что подавляющая часть кладочного раствора заключается внутри арматурного элемента наиболее жесткой круговой формы, сечение которого назначается расчетом в зависимости от марки применяемого кирпича.

Изобретение поясняется графически (фиг. 1-3). На фиг. 1 представлена часть армокаменной конструкции, включающая в себя смежные слои кирпича, слой раствора между ними и погруженный в раствор арматурный кольцевой элемент, где Р - сжимающая нагрузка на кирпичную кладку, р - расчетное давление в слое раствора, принятое равным расчетному сопротивлению кладки R, D_k - внутренний диаметр арматурного кольца, d_k - диаметр проволоки, из которой изготовлен арматурный элемент, Т - толщина стены. На фиг. 2. представлено сравнение армирования кольцевым элементом и стандартным сетчатым элементом, где А - поперечный размер каменного (кирпичного) столба, Б - длина отрезка прямолинейной арматуры, С - размер квадратной ячейки сетчатой арматуры. На фиг 3 представлена схема, поясняющая метод расчета кольцевого арматурного элемента на прочность, где N - силы, заменяющие действие отброшенной части арматурного кольца, Р - давление в слое раствора, D_k - диаметр кольцевого арматурного кольца, d_k - диаметр стержня арматурного кольца.

Для сопоставления двух вариантов поперечного армирования - кольцом и сеткой - можно воспользоваться известной методикой (Николаев Г.А. Сварные конструкции. М., Машгиз, 1953, с. 434-435). Исходные данные согласно СНиП 2-22-81* Каменные и армокаменные конструкции:

- кладка из обожженного глиняного кирпича средней прочности,

- марка кирпича М200,

- марка раствора М200,

- R=3,2 МПа - расчетное сопротивление кладки,

- R_u=235 МПа - расчетное сопротивление арматурной стали класса А-I по ГОСТ 5781,

- объект армирования - центрально-сжатый столб с поперечным размером 0,375 на 0,375 М (1,5 кирпича на 1,5 кирпича) (фиг. 2).

- D_k=0,345 М с учетом защитного слоя раствора.

В соответствии с методикой (Николаев Г.А. Сварные конструкции. М., Машгиз, 1953, с. 434-435) примем расчетную схему (фиг. 3). Указанное на схеме давление р представляет расчетное сопротивление кладки R.

Условно отделив и отбросив правую часть кольца, заменим его действие двумя силами N. Из условия равновесия статики ∑РХ=0 следует:

2N-R*d_k*D_k=0; d_k=2N/R* D_k; т.к. 2N=(R_и*π* d_k²)/4, то

d_k=(2R_и*π* d_k²)/(4 R*D_k).

Подставляя ранее приведенные числовые значения, получим:

d_k=(2*3,2*0,345)/(3,1415*235)=0,00299М=2,99 мм ≈ 3 мм.

Развернутая длина кольца составит L_к=π* D_k=3,1415*0,345=1,08 М.

Для удобства сравнения с сетчатым вариантом примем d_c=3 мм. Примем размер ячейки С=50 мм, что находится в пределах рекомендуемых СНиП 2-22-81* Каменные и армокаменные конструкции. Число перекрещивающихся стержней длиной 0,4 м получится равным 10 (фиг. 2) с общей длиной L_c=10*0,4=4 М. Проверим достаточность процента армирования для сетчатого элемента. Примем шаг сетчатого армирования в два ряда обычного глиняного кирпича высотой 0,065 М. С учетом толщины швов объем кладки составит V_k=0,15 *0,375*0,375=0,021 М³. Объем сетчатой арматуры составит V_a=(π* d_k²/4)*4*2=(3,1415*3*10^-3*3*10^-3/4)*4*2. V_a=(3,1415*9*10^-6/4)*4*2=56,547*10^-6 М³.

Процент армирования составит μ=56, 547*10^-6/0,021=0,0269%, что ниже нормы, предусмотренной СНиП 2-22-81* Каменные и армокаменные конструкции. Следовательно, для кладки с сетчатым армированием, равнопрочной кладке с применением кольцевого арматурного элемента, необходимо либо применить стержни с большим диаметром, либо уменьшить размер ячеек. Это указывает на явное преимущество поперечного армировании кольцевыми элементами.

По сравнению с известной конструкцией заявленный способ приводит к повышению ее прочности до уровня прочности кирпича на сжатие путем расположения в массе кладочного раствора ряда замкнутых круговых арматурных элементов, уменьшает расхода арматурной стали и упрощает технологию изготовления.