Строительство и архитектура/3. Современные технологии строительства, реконструкции и реставрации

К.т.н. Туманов А.В.

Пензенский государственный университет

архитектуры и строительства, Россия

Методология построения расчетных моделей кирпичных стен при действии горизонтальных сил

Анализ существующих методов расчета стен при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил позволил установить, что наиболее прогрессивным является метод, который базируется на каркасно-стержневых моделях. Однако использовать указанные модели при разработке методов оценки прочности армокирпичных стен нецелесообразно из-за того, что эти модели не в полной мере отражают особенности сложной работы стен. Следовательно, необходимо предварительно усовершенствовать построение указанных расчетных моделей.

Рассмотрим принцип моделирования стен при действии горизонтальных сил, рис. 1. Наиболее простой моделью является треугольная модель, которая работает по ферменной аналогии и состоит из наклонного сжатого стержня, вертикального и горизонтального растянутых стержней. Принцип определения ключевых точек не изменяется. Они определяются пересечением линии действия горизонтальных сил с вертикальной и горизонтальной гранью стены. Недостатком такой модели является отсутствие наклонных стержней расположенных вдоль действия главных растягивающих напряжений. Ввести указанные наклонные стержни можно опираясь на два решения, в первом решении используется аналогия построения стержневой модели при действии вертикальных сил, во втором решении используется методика построения расчетной модели в виде треугольной фермы, рис. 1,а.

Разбивая поле стены на два участка длина которых составляет 0,5L, получим четыре ключевые точки, смещенные в сторону вертикальной оси стен. Стержневая модель образуется путем соединения ключевых точек вертикальными, горизонтальными и наклонными стержнями в диагональном направлении, рис. 1,б. Конвертообразная стержневая модель состоит из сжатых и растянутых наклонных стержней, усилия в которых обозначены S_c, а также сжатых и растянутых вертикальных и горизонтальных стержней, усилия в которых обозначены T_c и Т. Недостатком такой модели является искажение угла наклона сжимающих и растягивающих напряжений, траектория которых концентрируется на участках условных наклонных полос. К другим недостаткам можно отнести удаление ключевых точек от вертикальных граней фрагментов стен, которые являются наиболее напряженными.

Рассмотрим другой случай построения стержневой модели, рис. 1,в. При передаче горизонтальных усилий по длине стен, q = Q/L, предлагается произвести замену этих усилий сосредоточенными силами, равными 0,5Q. Такой случай нагружения является наиболее распространенным, соответствует физической работе стен и проведенному эксперименту. Ключевые точки модели определяются на пересечении линии действия эквивалентных горизонтальных сил равных 0,5Q с вертикальными гранями фрагментов стен. Стержневая модель так же, как в предыдущем случае, образуется соединением ключевых точек горизонтальными, вертикальными, наклонными и диагональными линиями. Недостатком полученной конвертообразной стержневой модели является то, что угол наклона диагональных стержней не в полной мере соответствует углу наклона главных сжимающих и растягивающих напряжений.

Переходим к исследованию и построению расчетной модели кирпичных стен при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил. Для совершенствования расчетной модели использовались преимущества и принцип построения вышерассмотренных моделей. Недостатки стержневых моделей поочередно устранялись, либо снижались путем модификаций моделей.

Обращается внимание на то, что траектория главных сжимающих напряжений с приближением к наиболее нагруженному участку опорной зоны, условно говоря, трижды меняют угол наклона в сторону его увеличения от угла q₁ = 45⁰ к углу q₃ = 90⁰.

Рис. 1. Схема построения расчетной стержневой модели, СМ, кирпичных

стен при действии горизонтальных нагрузок Q_i.

а) при двух ключевых точках;

б), в) при нескольких ключевых точках