Строительство и архитектура /3 Современные технологии строительства,

реконструкции и  реставрации.

Хаткевич А.М.

Полоцкий государственный университет,

Республика Беларусь

 

Усиление каменных конструкций различными видами поперечного армирования  

 

 

Строители во все времена искали пути борьбы с хрупкостью, как самого кирпича, так и каменных конструкций в целом. Поэтому и появилась солома в египетских кирпичах и постройках древней Хивы в Средней Азии, растительные волокна в керамике древних майя, тростник в глиняных постройках индусов и вавилонян, бревна в крепостных стенах ассирийцев, железные связи в церковных сводах Древней Руси. Но осмысленное и широкое применение армирования кирпичной кладки началось с 1835 г. благодаря работам Брюннеля, использовавшего в большом объеме сталь для стен шахт.

Идея армирования бетона поперечной арматурой возникла в начале прошлого столетия и получила в дальнейшем практическое воплощение. В 1900г М.Консидер предложил арматуру в виде непрерывной спиральной обмотки, в 1904г Н.М. Абрамов – зигзагообразную арматуру между  продольными стержнями; в 1907г В.П. Некрасов рекомендовал применять проволочные сетки, а Р. Залигер – кольца и хомуты. Работы данных авторов и их последователей заложили основу для использования поперечного армирования, то есть создания конструкций, работающих с «эффектом обоймы». Достоинством данного эффекта является то, что у сжатых элементов ограничиваются поперечные деформации, замедляется процесс трещинообразования, а материал в обойме работает в трехосном напряженном состоянии, что, соответственно, отдаляет момент разрушения конструкции и повышает предельную сжимаемость. В 1926г В.П.Некрасов предложил укладывать в горизонтальные растворные швы кладки арматуру в виде сеток из пересекающихся стержней.

Перекрестные сетки выполняются из арма­турной проволоки диаметром 3-6мм, перевязываемых в местах пересечений вязальной проволокой или соединяемых контактной сваркой. Узлы пересечений рекомендуется сплющивать, чтобы они не создавали жестких подпираю­щих точек в шве кладки. Использование арматуры диаметром более 6мм для изготовления перекрестных сеток невозможно, т.к. будут нарушены требования по соблюдению толщин горизонтальных швов в армированных конструкциях. А, как известно, чем толще шов, тем труднее достижима равномерная его плотность, и тем в большей степени кирпич работает в кладке на изгиб и срез.

По предложению В.А. Камейко в опытах 1936–1938гг /1/ были использованы для поперечного армирования сетки из стержней одного направления, так называемые сетки типа «зигзаг». Зигзагообразные сетки укладываются поочередно то в один, то в дру­гой шов кладки. Пара сеток разного направления стерж­ней, заложенных в кладку сверху и снизу одного ряда кирпичей, образует как бы одну перекрестную сетку. Преимуществом применения сеток-зигзаг является возможность их выполнения из относительно толстой арматурной проволоки диаметром 4-10мм, поскольку в них нет тех узлов, которые создают подпирающие точки в пере­крестных сетках. Толщина шва раствора, в которой закладываются сетки «зигзаг», остается нормальной и не требует увели­чения при диаметрах проволок 8 мм и менее.

 В Германии нашли применение арматурные сетки в виде бесконечной металлической фермы (проволочный каркас «Murfor»), образуемой металлическими стержнями и так же как сетки типа «зигзаг» не имеющие узлов пересечения стержней.

В последние годы ведется поиск новых видов поперечного армирования. На сайте «Промышленная Сибирь» имеются данные о выполнении научно-исследовательской работы по применению просечно-вытяжных сеток в качестве косвенного армирования. Исследователями предложена новая методика расчета, которая позволяет наиболее эффективно использовать прочностные характеристики каменных кладок, и позволяет определить величину косвенного армирования из просечно-вытяжных сеток, необходимую для восприятия действующих нагрузок. При огромных достоинствах просечно-вытяжных сеток (повышение площади контакта армирующего элемента) следует отметить существенный недостаток – сетку изготавливают из тонкой листовой (оцинкованной) стали, а при выполнении просечек нарушается цельность слоя цинка, что может привести к быстрому коррозионному разрушению.

В Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете исследовалась кладка, армированная полосовой сталью, прошедшей обработку перфорацией и проволокой В500. Получены определенные положительные результаты /2/.

В последние десятилетия проводились опыты с железобетонными колоннами, армированные спиралевидными однослойными сетками. Изготовление таких сеток на универсальных станках «Универформ», по данным авторов /3/, значительно снизит трудоемкость и материалоемкость их производства, по сравнению с традиционно применяемыми сетками с квадратной ячейкой (перекрестные сетки), изготовляемых с помощью контактной сварки или вязанием проволокой.

Применительно к каменным конструкциям спиралевидные сетки обладают такими же преимуществами, что и сетки-зигзаг, по сравнению с перекрестными сетками. Одновременно с этим спиралевидные сетки выгодно отличаются от сеток-зигзаг, т.к. не требуют укладки в смежных рядах в перекрестном направлении, облегчая тем самым работу каменщика.

В лаборатории кафедры «Строительные конструкции» Полоцкого государственного университета выполнен ряд экспериментов по исследованию каменных конструкций с поперечным армированием. В 2003г. для испытаний были изготовлены три опытных образца в виде колонн сечением 510x510 мм. Армирование кладки спиралеобразными сетками в 1,44 раза уменьшило поперечные относительные деформации, соответствующие трещинообразованию; в 1,18 раза увеличило прочность образца, по сравнению с армированием сетками с квадратной ячейкой и в 1,44 раза по сравнению с неармированным (в испытания был принят ) /4/. Получен патент на колонну с поперечным сетчатым армированием /5/.

Данные эксперимента 2003г подтвердили эффективность армирования каменных конструкций спиралевидными сетками при центральном сжатии. Целью следующего эксперимента было исследование элементов со спиральной арматурой при внецентренном сжатии. Для испытаний были изготовлены три опытных образца в виде колонн сечением 1,5x1,5 кирпича. Образец №1 изготавливался неармированным как эталонный. Образцы №2 и №3 конструировались с сетчатой арматурой с квадратной ячейкой и со спиральной арматурой с одинаковым коэффициентом армирования (). Колонны испытывались на внецентренное сжатие. Величина эксцентриситета принята предельно возможной – на границе ядра сечения.  Относительные поперечные деформации до момента образования первых трещин для образца, армированного сеткой с квадратной ячейкой, были меньше. Однако после  превышения нагрузки трещинообразования поперечные деформации начали быстро увеличиваться, в то время как рост поперечных деформаций образца, армированного спиралеобразной сеткой, был в два-три раза меньше. Армирование кладки спиральными сетками в 1,34 раза увеличило прочность образца, по сравнению с образцом, армированным сетками с квадратной ячейкой, и в 1,55 раза по сравнению с неармированным. Анализируя результаты исследований, были сделаны следующие основные выводы /6/:

1.                  Армирование кладки спиральными сетками является эффективным способом увеличить прочность конструкции, по сравнению с кладкой, армированной сеткой с квадратной ячейкой, и уменьшить поперечные деформации.

2.                  Несмотря на выявленные преимущества применения спиралеобразных сеток, для внедрения в строительную практику необходимо накопление опытных данных при работе кладки на центральное и внецентренное сжатие с целью создания нормативных документов.

 

Литература

1.     Камейко И.А. Прочность на сжатие кирпичной кладки с косвенным армированием // Экспериментальные исследования каменных конструкций. Под ред. Л.И. Онищика. М.; Л.: Стройиздат   Наркомстроя, 1939.

2.     Шоршнев Г.Н., Рябинин А.Л. Уточнение методики расчета армокаменных элементов, армированных с использованием полосовой стали, прошедшей обработку перфорацией // Промышленное и гражданское строительство. №3. ООО «Издательство ПГС». – Москва, 2008. С. 38-39.

3.     Довгалюк В.И., Кац М.Х. Новый вид косвенного армирования железобетонных колонн // Строительство и архитектура. Серия 8: Строительные конструкции. ВНИИИС Госстроя СССР, 1985.

4.     Гринев В.Д., Яско Я.А., Гринев В.В. Спиральные сетки для поперечного армирования каменной кладки // Архитектура и строительство. №1 (155). – Минск, 2003. С. 62-63.

5.     Патент № 926 Республика Беларусь, МКИ Е 04 В 1/18. Каменная колонна с поперечным армированием. Заявка №  u 20020296. Гринев В.Д., Яско Я.А.

6.     Гринев В.Д., Хаткевич А.М. Применение для поперечного армирования каменных конструкций сеток в виде плоских спиралей // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия В Прикладные науки. №9. – Новополоцк, 2006. с.36-39.