РАСЧЕТ КИРПИЧНОЙ КЛАДКИ МЕТОДОМ ПРИВЕДЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

​АННОТАЦИЯ

Данная статья посвящена расчету кирпичной кладки с учетом деформативных характеристик кирпича и раствора.

Ключевые слова: кирпич, раствор, кирпичная кладка, моделирование, приведенный материал.

В гражданском строительстве каменная кладка является одним из самых применяемых видов строительных конструкций. Однако, методика расчета основана на исследованиях и экспериментах первой половины 20 века профессора В.Л. Онищика и его учеников. Она не учитывает в расчете физико-механические характеристики кирпича и раствора, что приводит к погрешностям и образованию трещин.

Кирпичная кладка является кусочно-однородным материалом с периодически повторяющейся структурой. Кирпич и раствор имеют разную природу и соответственно разные деформативные свойства и прочностные характеристики.

Сложность расчета кирпичной кладки состоит в том, что если учитывать в модели каждый компонент кладки, то количество конечных элементов будет большим что делает невозможным вычисления на любом современном оборудовании.

Для решения этой проблемы заменим кладку на приведенный материал, в котором будут учитываться свойства ее компонентов. Приведенный или гомогенизированный материал создается в ПК ANSYS с помощью инструмента material designer.

1. Создание элементарной ячейки.

Material Designer предполагает, что кирпичная кладка имеет микромасштабную структуру, которую можно описать представительной элементарной ячейкой.

Элементарная ячейка – это небольшой объем материала, достаточный для корректного описания макроскопических свойств.

Рисунок 1. Элементарная ячейка.

2. Задание характеристик кирпича и раствора.

Рисунок 2. Задание материалов.

Таблица 1.

Характеристики кирпича.

Таблица 2.

Характеристики раствора

3. Модель разбивается на сетку КЭ.

Рисунок 3. Сетка конечных элементов.

4. Анализируем полученный приведенный материал.

Рисунок 4. Свойства приведенного материала.

Таким образом, получаем свойства материала, которые можно загружать в другие программы для расчета кирпичной кладки.

Произведем расчет кирпичной стены в ПК ЛИРА и ПК ANSYS на перемещения и сравним полученные результаты.

Расчетная модель представляет собой кладку высотой 5 ложковых рядов 415*510*120 мм. Нагрузка состоит из 11 ступеней.

1. Создаем модель в виде пластины размером 510*415 мм.

Рисунок 5. Создание пластины

2. Устанавливаем шарниры. В шарнирах снизу разрешаем перемещение по оси Х, У. В шарнирах сверху разрешаем перемещение по оси Х, У, вращение по Uy.

Рисунок 6. Шарниры.

3. Назначаем жесткость материала. Для этого вводим коэффициент Пуассона и модуль упругости, полученные для приведенного материала.

Рисунок 7. Жесткость.

4. Назначаем толщину 120 мм и получаем объемную модель кирпичной стены.

Рисунок 8. Модель кирпичной кладки

5. Прикладываем нагрузку.

Рисунок 9. Приложение нагрузки.

6. Проводим статический расчет и получаем результаты.

Рисунок 10. Результаты статического расчета.

Сравним результаты расчета на перемещения в ПК ЛИРА и ПК ANSYS в таблице 3.

Рисунок 11. Диаграмма перемещений.

Таблица 3.

Сравнение перемещений.

По таблице 3 и диаграмме можно сделать вывод, что результаты расчета практически идентичны, погрешность составляет менее 1%.

Таким образом, изучен метод приведенных материалов и доказана его работоспособность. Данный метод значительно упрощает и ускоряет расчет так как используется меньшее количество конечных элементов, но при этом учитываются физико-механические характеристики компонентов каменной кладки.

Список литературы:

1. Пангаев В.В. Развитие расчетно- экспериментальных методов исследования прочности кладки каменных конструкций./ Известия Сибстрин – 2009. С. 267.
2. СП 15.13330. 2012 Каменные и армокаменные конструкции: взамен СНиП 11-22-81; введ. в дейст. 2013.01.01. – М.: Стандартинформ, 2017. -86 с.
3. Онищик Л.И. Каменные конструкции промышленных и гражданских зданий: учебник для строит, вузов и фак. / Л: И. Онищик. - М.: Стройиздат, 1939. - 208 с.
4. Кашеварова, Г. Г. Моделирование процесса разрушения кирпичной кладки / Г. Г. Кашеварова, А. Ю. Зобачева // Вестник Пермского государственного технического университета. Строительство и архитектура. – 2011. – № 1. – С. 106-116.
5. Кашеварова Г.Г., Иванов М.Л. Натурные и численные эксперименты, направленные на построение зависимости напряжения от деформации кирпичной кладки // Приволжский научный вестник. 2012. №8 (12). – С. 6.
6. Лихачева, С. Ю. Моделирование процессов деформирования каменных кладок с применением ПК ANSYS / С. Ю. Лихачева, Д. А. Кожанов // Труды научного конгресса 13-го Российского архитектурно-строительного форума, Нижний Новгород, 19–22 мая 2015 года / Ответственный редактор: А. А. Лапшин. – Нижний Новгород: Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, 2016. – С. 68-71.
7. Лихачева С.Ю. Численное моделирование процессов деформирования и разрушения сред с регулярной структурой // Вестник МГСУ. 2011. №2-2. – С. 158-162
8. Лихачева С.Ю. Моделирование процессов деформирования и разрушения материалов с периодически повторяющейся структурой / Н. Новгород: Изд-во ННГАСУ, 2012. - 96 с.
9. Богуцкий, Ю. Г. Моделирование усиления каменной кладки на ПК "ЛИРА-САПР" / Ю. Г. Богуцкий // Строительство и техногенная безопасность. – 2018. – № 10(62). – С. 49-53.
10. Соколов, Б. С. Новый подход к расчету каменных кладок / Б. С. Соколов, А. Б. Антаков // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2014. – № 3(29). – С. 75-81.
11. Соколов, Б. С. Комплексные исследования прочности пустотело-поризованных керамических камней и кладок при сжатии / Б. С. Соколов, А. Б. Антаков, К. А. Фабричная // Вестник гражданских инженеров. – 2012. – № 5(34). – С. 65-71.
12. Соколов Б.С., Антаков А.Б. К использованию диаграммного метода для расчета каменных кладок. / Материалы 1 Международной конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции». – Чебоксары, 2012. – с. 43-46.
13. Соколов, Б. С. Развитие методики расчета каменных и армокаменных конструкций / Б. С. Соколов, А. Б. Антаков // Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции : Материалы IV Международной (X Всероссийской) конференции, Чебоксары, 21–22 ноября 2018 года. – Чебоксары: Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова, 2018. – С. 174-183.
14. Дубинский С.И., Лихачева С.Ю., Антаков А.Б. Численное моделирование испытаний кирпичной кладки с использованием ПК Аnsys // Сборник трудов III Международного симпозиума «Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений». – Новочеркасск ЮРГТУ(НПИ), 2010. – С. 89-90.
15. Лихачева, С. Ю. Моделирование диаграммы деформирования каменной кладки с применением системы ANSYS / С. Ю. Лихачева, Д. А. Кожанов // Фундаментальные и прикладные проблемы механики, математики, информатики : Сборник докладов всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Пермь, 26–28 мая 2015 года / Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ исследовательский университет». – Пермь: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный национальный исследовательский университет", 2015. – С. 58-62.
16. Донченко О. М., Дегтев И. А. Деформации каменной кладки при центральном кратковременном сжатии // Вестник БГТУ имени В. Г. Шухова. 2013. №3. – С. 3.