Все материалы, находящиеся в сооружении, подвергаются действию сил—нагрузок. К таким нагрузкам относятся: собственный вес материалов (конструкций), вес людей и предметов, давление от снега, ветра и т. д. Эти силы называются внешними, они стремятся разрушить материал или изменить его форму (деформировать). В зависимости от характера действия сил материал испытывает сжатие, растяжение, изгиб и др. При строительстве из камня, потребуется гибка металла на заказ, т.к. создавать специальные ограждения потребуется для более строгой фиксации камня.
Под действием внешних сил в материале возникают внутренние силы—напряжения, сопротивляющиеся действию внешних сил. Способность материала сопротивляться разрушающему действию внешних сил называется механической прочностью материала. Способность материала деформироваться под влиянием внешних сил и восстанавливать свою первоначальную форму после окончания действия сил называется упругостью.
Механическая прочность является одним из важнейших свойств. Каменные материалы, как правило, хорошо сопротивляются сжатию и значительно хуже растяжению и изгибу. Напряжение, которое они могут выдерживать на растяжение, в 5—50 раз меньше, чем на сжатие; поэтому их преимущественно применяют для тех частей сооружений, которые подвергаются главным образом действию сжимающих усилий.
Чтобы определить, какое напряжение возникает в материале от действия какой-либо внешней силы, представим себе, что сжимающая сила Р=150 кг (рис. 1, а) приложена равномерно ко всей поверхности кирпича. Эта сила вызовет в кирпиче напряжения сжатия, которые равномерно распределены по всей площади. Так как в данном случае площадь сжатия равна 25X12=300 см2, то на каждый 1 см2 приходится сила в — 150/300=0,5 кг. это и есть величина напряжения, возникшего в данном случае от приложения внешней силы. Выражается это напряжение следующим образом: 0,5 кг/см2 (килограммов на квадратный сантиметр). Если эту силу приложить к боковой поверхности кирпича так, чтобы она не сжимала, а растягивала кирпич (рис. 1, б), то в нем возникнут напряжения растяжения. Напряжение от растяжения будет равно частному от деления внешней силы Р (в кг) на площадь поперечного сечения, расположенного перпендикулярно направлению действующей силы, т. е. 150 кг/12*6,5см2=1,9кг/см3 Если сила Р, действуя на кирпич, будет изгибать его, то в кирпиче возникнут более сложные напряжения, которые называются напряжениями изгиба. При этом в верхней части кирпича будут возникать усилия, сжимающие кирпич, а в нижней части — усилия, растягивающие его. Напряжения изгиба определяются по более сложным формулам, чем напряжения простого сжатия или растяжения, и поэтому здесь не приводятся. Изучено, что при увеличении сжимающей или растягивающей силы Р напряжения сжатия и растяжения в кирпиче будут также увеличиваться. При сильном увеличении силы Р в кирпиче могут возникнуть такие напряжения, которые разрушат его. То напряжение, которое будет действовать в кирпиче в момент его разрушения, называется пределом прочности кирпича на сжатие (или растяжение). Конструкции сооружений не должны нагружаться до разрушения, т. е. до предельного напряжения. Для безопасности работы конструкции нагружают только до такого состояния, при котором напряжение будет составлять примерно половину величины предельного. Расчетная величина напряжений, которые имеют конструкции в процессе эксплуатации, зависит от класса сооружения, срока службы его, качества материала и других факторов. Установлено, что механическая прочность каменных конструкций (фундаментов, стен) отличается от механической прочности тех материалов, из которых они выполнены. Например, механическая прочность каменной кладки из природных камней составляет всего лишь 20—50% прочности самого камня. Это объясняется тем, что при нагрузке камней и раствора, заполняющего швы кладки, в конструкциях возникают более сложные напряжения, чем они бывают в материалах при их испытании на прочность. Вернуться к статье - содержанию>> далее>> |
