Рис. 1. Схема программы исследований моделей кирпичных и армокирпичных стен численным методом

Изучение напряженно-деформированного состояния армированных стен из кирпичной кладки проводилось методом конечных элементов по ППП АП ЖБК – программе «Лира». При разработке расчетных схем ставилась задача получить напряженно-деформированное состояние для каждого вида материала, то есть кирпича, раствора и арматуры. Построены два типа расчетных схем конечных элементов, имитирующих исследуемые стены. Размеры и схемы конечных элементов принимались одинаковыми. Размер конечных элементов, имитирующих кирпич, составляет 60х60 мм; размер конечных элементов, имитирующих раствор, – 15х15 мм. В связи с тем что исследуемая арматура располагается в швах кирпичной кладки, то есть в растворе, размеры конечных элементов, имитирующих наличие арматуры, принимались аналогичными размерам элементов имитирующих наличие раствора, то есть 15х15 мм. Таким образом, отличительной особенностью двух типов схем является то, что схемы второго типа имитируют армокладку; при этом вводятся два вида модуля деформаций: модуль деформации кладки и модуль деформации арматуры. В схемах первого типа присутствуют также два вида модулей деформаций – кирпича и раствора [1-3].

Расчетные схемы конечных элементов, описанные выше, показаны на рис. 2 и 3.

Схемы нагружения принимались в полном соответствии с физическим экспериментом – это означает, что вертикальное и горизонтальное усилие прикладывалось равномерно по длине стен в узлах пересечения стержней – сетки конечных элементов.

Рис.2. Расчетные схемы кирпичных и армокирпичных стен:

а – серии СК-1; б – серии СКА-2

Рис. 3. Расчетные схемы армокирпичных стен:

а – серии СКА-3; б – серии СКА-4

Расчет кирпичных и армокирпичных стен, имеющих расчетные схемы, изображенные на рис. 3.2 и 3.3, производился на персональном компьютере Pentium III-700. Получены величины и эпюры распределения нормальных и касательных напряжений, а также траектории и эпюры распределения главных напряжений.

На рис. 4…7 показаны характеры распределения нормальных напряжений (деформаций) по горизонтальным и вертикальным сечениям, проходящим через центр тяжести конечных элементов. Характер распределения нормальных напряжений s_x и s_y отличается неравномерным распределением указанных напряжений по поверхности стены. Наибольшее значение напряжений соответствует зонам, близкорасположенным к линии действия сил. Таким образом, центральная часть поверхности стен оказывается слабонапряженной нормальные напряжения s_x и s_y в образцах стен с N = 0 имеют одну нулевую линию. С увеличением величины вертикальной нагрузки происходит образование новых нулевых линий. При нагрузке N = 0,5N_u количество нулевых линий увеличивается вдвое. Одновременно растет величина напряжений. С дальнейшим ростом величины вертикальной нагрузки количество нулевых линий не увеличивается, изменяются зона и траектория их расположения. В целом характер напряжений характеризуется искривлением и увеличением числа линий и смещением их в малонапряженные зоны, в сторону верхней правой грани.

Рис.4. Эпюры напряжений s_х: а – серии СК-1; б – серии СКА-2

Рис. 5. Эпюры напряжений s_х: а – серии СКА-3; б – серии СКА-4

Наличие арматурных сеток приводит к перераспределению деформаций (напряжений) от максимальных значений (в уровне расположения сеток), до минимального значения (между сетками). Степень неравномерности увеличивается по мере уменьшения шага сеток. В целом горизонтально расположенная арматура не меняет общей картины распределения нормальных напряжений s_x и s_y, описанных выше.

При армировании стен пространственным каркасом, в который входят горизонтальные сетки, редко расположенные по высоте стены и имеющие меньшее количество стержней, принцип воздействия арматурных стержней не изменяется, то есть вертикальные стержни каркаса оказывают сдерживающее влияние на развитие деформаций по высоте и толщине стены. Горизонтальные стержни препятствуют развитию деформаций по длине и толщине. Сдерживающее влияние арматурных стержней снижается и становится минимальным на вертикальных и горизонтальных линиях, проходящих по средней части участков стен, расположенных соответственно между соседними вертикальными, либо горизонтальными арматурными стержнями.

Рис. 6. Эпюры напряжений s_у: а – серии СК-1; б – серии СКА-2

    Рис. 7. Эпюры напряжений s_у:     а – серии СКА-3; б – серии СКА-4