Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ конструктивных и технологических решений железобетонных куполов 12
1.1 Краткая история развития пространственных конструкций 12
1.2 Анализ конструктивных схем и форм куполов 19
1.3 Состояние экспериментально-теоретических методов исследований гладких и составных ребристых куполов 29
1.4 Выводы по главе 1 33
Глава 2. Особенности технологии монтажа железобетонных куполов 35
2. Технология возведения монолитных оболочек 35
2.2 Технология возведения сборных оболочек 42
2.3 Анализ существующих методов монтажа сборных железобетонных куполов 45
2.4 Анализ методов соединения стыков и швов сборных железобетонных куполов 50
2.5 Особенности монтажа купольных конструкций в зимнее время 52
2.6 Выводы по главе 2 53
Глава 3. Конструктивно-технологические решения исследуемых многоугольных куполов 56
3.1 Основные правила формообразования и возможности рассматриваемых конструкций 56
3.2 Конструктивно-технологическое решение гладкого купола 67
3.3 Конструктивно-технологическое решение гладко-составного купола 74
3.4 Выводы по главе 3 84
Глава 4. Экспериментальные исследования многоугольных куполов с учетом технологии их возведения 88
4.1 Цель, задачи и схемы экспериментов 88
4.2 Методика и программа модельных испытаний 92
4.2.1 Определение характеристик физико-механических свойств материалов моделей 92
4.2.2 Загрузочные и распределительные устройства 94
4.2.3 Измерительные устройства 97
4.2.4 Программа экспериметальных исследований 103
4.3 Результаты экспериментальных исследований модели гладкого купола 106
4.4 Результаты экспериментальных исследований модуля гладко-составного купола 113
4.5 Анализ результатов и основные выводы по модельным исследованиям куполов 126
Глава 5. Разработка технологии возведения опытного гладко составного купола 130
5.1 Цель и задачи опытного строительства 130
5.2 Конструктивно-технологическое решение опытного гладко-составного купола 131
5.3 Монтажные элементы и сборка покрытия 134
5.3.1 Монтажный стенд. Сборка укрупненного элемента (модуля) покрытия 137
5.3.2 Монтажная опора 143
5.3.3 Монтаж покрытия 146
5.4 Результаты экспериментальных исследований технологии возведения опытного покрытия 156
5.5 Основные выводы по технологии возведения гладко-составного купола 160
Общие выводы 163
Список литературы 166
Приложения 178
- Анализ конструктивных схем и форм куполов
- Конструктивно-технологическое решение гладкого купола
- Результаты экспериментальных исследований модуля гладко-составного купола
- Монтаж покрытия
Анализ конструктивных схем и форм куполов
Купола представляют собой конструкцию с криволинейным (чаще всего круглым или эллиптическим) или многоугольным планом и имеют криволинейное или многоугольное очертание в вертикальной плоскости.
Среди железобетонных куполов различаются следующие основные конструктивные схемы (рис 1-5).
1. Купола - оболочки (рис. 1-5,а). Они имеют поверхность, образованную вращением кривой (в виде дуги круга, эллипса, параболы или комбинации из них) вокруг вертикальной оси. Основным элементом купола является осесимметричная оболочка вращения и растянутое опорное кольцо. При необходимости устраивается также верхнее сжатое фонарное кольцо.
2. Ребристые купола (рис 1-5,6). Такие купола состоят из отдельных криволинейных или ломаных (по дуге оболочки) и плоских в радиальном направлении ребер. Ребра соединяются между собой в вершине или по контуру фонарного кольца, внизу они опираются на опорное кольцо. Каркас из ребер может формироваться металлическими конструкциями, на которые укладываются тонкостенные железобетонные плиты. Функции каркаса могут также выполнять продольные ребра железобетонных плит, из которых монтируется купол.
3. Ребристо-кольцевые купола (рис 1-5,в). Система ребер совместно с системой криволинейных или ломаных в горизонтальных сечениях купола прогонов образует жесткую пространственную конструкцию. Здесь прогоны могут выполнять также функции затяжек купола, т.е. они работают не только на местный изгиб от массы кровли, но и воспринимают нормальные усилия в общей работе купола. Как и в предыдущем случае, система «ребра-прогоны» может формироваться из металла, тогда в ячейки этой системы укладываются тонкостенные железобетонные плиты, или ее функции выполняют продольные и поперечные ребра жесткости железобетонных плит, из которых монтируется купол.
Купола-оболочки, ребристые купола, ребристо-кольцевые купола относятся к типу «гладких», не имеющих пересечений в меридиональных плоскостях с образованием углов перелома поверхности.
4. Многоугольные (полигональные) купола (рис. 1-5,г,д). Эти оболочки, в отличие от предыдущих, имеют, как правило, не криволинейный, а многоугольный план, что позволяет существенно расширить область их применения и архитектурную выразительность. Полигональные оболочки разделяются на гладкие (рис 1-5,.г) и составные (рис 1-5, д). Составные оболочки отличаются тем, что в местах пересечения составляющих их фрагментов образуются переломы. При этом возникают утолщения, называемые «разжелобком» или «гуртом» - они эквивалентны некоторой криволинейной жесткой складке, придающей пространственную жесткость всему покрытию, аналогично ребру жесткости или диафрагме. Распорные контурные усилия в таких оболочках воспринимаются металлическими затяжками, устанавливаемыми по периметру сооружения, или специальными контурными арками, выполняемыми в виде отдельных металлических или железобетонных элементов.
С 30-х годов нашего столетия за рубежом для общественных зданий получило развитие строительство куполов с формой плана именно в виде правильных многоугольников. Помимо архитектурной выразительности они выполняли функциональную роль. Сферическая поверхность ограничивалась по бокам вертикальными плоскостями, вследствие чего по контуру купола создавались подъемистые арки, которые могли использоваться как входы в здание, так и для установки витражей.
Следует отметить, что наиболее распространенным типом многоугольных куполов являются четырехугольные конструкции в плане. Такие купола возникли раньше других многоугольных оболочек и широко применяются в нашей стране и за рубежом (рис В-1, В-2, В-3). Однако, эти оболочки обычно классифицируются как отдельный тип - оболочки положительной гауссовой кривизны на прямоугольном плане (см, напр. [87]) и в данной работе не рассматриваются.
Одними из первых примеров многоугольных куполов следует считать восьмиугольный купол крытого рынка в Алхесирасе, Испания, показанный на рис. 1-6 [56]. Авторы - Э.Торроха, М.Санчес-Аркас.
Купол выполнен в монолитном варианте, имеет пролет 47,6 м. Восемь опор связаны между собой преднапряженными затяжками. Особенностью этого пространственного покрытия являются врезанные цилиндрические оболочки, образующие своеобразные козырьки по восьми сторонам купола. Помимо того, что они придают сооружению легкость зрительно, они выполняют конструктивную роль, сообщая куполу жесткость и передавая усилия на опоры. Преднапряженные затяжки выравнивают радиальные распорные усилия купола.
Среди многоугольных куполов можно отметить также шести- и трехугольную формы. Одним из самых ярких представителей здесь является купол зала собраний заводов Хехст во Франкфурте-на-Майне [55]. Этот купол показан на Рис. 1-7. Авторы - В.Кремер, Х.Бек и др. Пролет купола - 87 м, стрела - 13 м, толщина - 130 мм. Купол сделан из монолитного железобетона. Армировалась оболочка обычной арматурой, за исключением опорных зон, где арматура была предварительно напряженной. Рассчитывалась оболочка по безмоментной теории, расчет проверялся на модели.
Весьма распространенной формой плана для многоугольных куполов является треугольник [55,56]. Здесь можно отметить такие интересные сооружения как Технологический институт в Массачусетсе (Т.Сааринен) (Рис. 1-8), Дворец выставок в Париже (Н.Эскиллан), планетарий в Бохуме, ФРГ. Один из представителей этого вида оболочек - театр в Дортмунде. Авторы -Х.Роскоттен, Э.Триттхарт, И.Клемиенс. Размеры: длина стороны основания - 54 м, стрела - 21 м, толщина - 85 мм. Купол выполнен в монолитном железобетоне. Особенность его в том, что плоскости боковых проемов наклонены под углом 24 к вертикали. По плоскостям боковых проемов установлены преднапряженные двухшарнирные контурные арки. Помимо расчета купол был детально исследован на модели.
Однако все упомянутые выше пространственные конструкции имеют одну особенность. Это так называемые «гладкие» оболочки, очерченные по единой поверхности. Подобные конструкции имеют существенный недостаток - резкое увеличение строительного объема здания за счет высокой стрелы подъема, что увеличивает расходы на отопление и кроме того ограничивает возможность увеличения пролета.
Поэтому наряду с гладкими оболочками за рубежом начали развиваться и продолжают совершенствоваться до настоящего времени так называемые составные оболочки. Под этим названием понимаются оболочки, очерченные по пересекающимся поверхностям с резким изменением кривизны по линии пересечения [30]. Первым об одном из видов составных оболочек - сомкнутых сводах, упоминает Фр. Дишингер [25], Наглядным примером сомкнутых сводов является рынок в Базеле, созданный по проекту АО «Дивидаг» (рис 1-9).
Купола также могут выполняться в виде более сложных составных оболочек, например купола, имеющие волнистую форму поверхности с многоугольным планом. Рассмотрим некоторые примеры таких куполов.
Купол крытого рынка в Руайяне, Франция (рис 1-10). Авторы - И.Симон, А.Мориссо, Р.Сарже. Размеры: пролет - 52.4 м, стрела - 10.5 м, стрела контурной арки - 6м, толщина - 105 мм. Волнистый многоугольный купол, состоящий из 13 параболических сегментов, выполнен в монолитном железобетоне. Гребни волн имеют круговое очертание. Наименьшая толщина скорлупы плит 6 см. По наружному периметру сегментов устроен контурный элемент в виде утолщенного края оболочки. Нижние края сегментов шарнирно опираются непосредственно на 13 фундаментов. Промежуточные конструкции несущих опор отсутствуют. В проемах расположены стеклянные витражи, отступающие от края оболочки, благодаря чему край оболочки служит навесом для летней торговли. Статический расчет выполнялся с учетом следующих допущений: поперечный разрез купола рассматривался как трехшарнирная арка, отдельный сегмент- как балка переменного сечения. [56].
Отметим, также, волнистый купол государственного цирка в Бухаресте (Рис 1-11). Авторы - Н.Порумбеску, Ц.Рулка, А.Лупеску др. Размеры: пролет - 60м, стрела - 20м, толщина купола изменяется от 70 до 120 мм, увеличиваясь к пятам. Купол имеет 16-угольный план, опирается на 16 колонн, связанных предварительно напряженными затяжками. Оболочка выполнена в монолитном железобетоне. [55]
Конструктивно-технологическое решение гладкого купола
Рассматриваемый в настоящем параграфе гладкий купол представляет собой один из вариантов покрытия Зала Славы памятника Победы Советского народа в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг. В качестве геометрической поверхности покрытия была выбрана сфера (радиус исходной сферы - 52,8 м, пролет - 57,15м). Для упрощения монтажа сборных железобетонных элементов купола конструкция разрабатывалась в виде «двухслойного» покрытия, представляющего собой сборно-монолитную железобетонную сферическую оболочку, объединенную с подкрепляющим жестким металлическим каркасом из радиально-кольцевых элементов. Этот каркас одновременно выполнял роль монтажной оснастки для сборного железобетонного покрытия и мог служить в качестве основы для подвесного потолка, системы технических коммуникаций и эксплуатационного оборудования. Металлический каркас через металлическую кольцевую балку, которая выполняла функции контурного элемента купола, опирался на восемь опор с большим шагом, равным примерно 22м. Железобетонное покрытие и металлические конструкции связывались между собой сварными соединениями и работали совместно.
Была принята радиально-кольцевая (меридиональная) система членения купола на сборные элементы. Это обеспечило возможность использования в сборке только четырех типоразмеров железобетонных унифицированных плит, включенных в Единый Московский каталог строительных деталей [37], что в свою очередь, позволяет формировать подобные покрытия с пролетом от 30 до 60 м. Сборные железобетонные элементы покрытия выполнялись в виде ребристых плит, очерченных по цилиндрической поверхности со стрелой подъема 100м.
Наибольшие размеры натурных плит - 3x6 м, по контуру они имеют ребра высотой 300 мм и одно поперечное ребро той же высоты. Толщина полки плит составляет 35 мм, класс бетона - ВЗО. Плиты армировались сварными каркасами и сетками, объединенными в единый пространственный каркас. В приконтурной зоне купола предусматривались плиты, имеющие постоянную толщину 300 мм. Это позволяло армировать приконтурную зону так, чтобы воспринимать кольцевые растягивающие и радиальные сжимающие усилия. Плиты имели связанные с каркасом ребер закладные детали, сварка которых производится при монтаже и обеспечивает непрерывность колцевой арматуры.
Экспериментальные исследования, вызванные сложностью статической работы и новизной конструктивного решения описанного выше купола, проводились на модели, которая по своим геометрическим и жесткостным параметрам как для железобетонного покрытия, так и для подкрепляющего металлического каркаса подобна разработанной реальной конструкции купола. Основные результаты экспериментальных исследований будут приведены в главе 4.
При принятии окончательного решения о строительстве памятника Победы на Поклонной горе было выбрано другое архитектурно-эстетическое его осуществление и описанный выше купол не был осуществлен в натуре. Тем не менее, конструктивно-технологическое решение рассматриваемого варианта как в натуре, так и в модели, методика и результаты экспериментальных исследований крупномасштабной модели имеют самостоятельное значение и могут быть использованы для строительства подобных сооружений в других условиях.
Масштаб модели по отношению к натурному куполу составлял 1:8. Таким образом, радиус исходной сферы модели равнялся 6, м, а пролет - 7,14м, т.е модель имела весьма внушительные размеры. На рис. 3-10 и 3-11 представлены общий вид модели покрытия (рис.3-10) и общий вид металлического каркаса модели (рис 3-11) [95].
Все элементы конструкции модели купола также выполнялись в том же масштабе. Для сборки железобетонного покрытия использовались укрупненые модули (панели) четырех видов: П-1, П-2, П-3, П-4 общим количеством 80 штук. План покрытия с указанием раскладки панелей модели, размещением радиальных и кольцевых металлических опор каркаса и расположением опор купола представлен на рис. 3-12.
Панели купола выполнялись в деревянных формах трех видов: одна для панели П-1, одна для панели П-3 и одна для панели П-2. В форме панели П-2 с помощью борт-отсекателя изготавливалась и панель П-4. В качестве примера на Рис.3-13 представлены фотографии панелей П-1 и П-2. В соответствии с принятым масштабом, высота продольных и поперечных ребер панелей П-1, П-2 и П-4 составляла 38 мм. Размер прямоугольного кессона в плане - 348x381 мм. Полка панелей толщиной 4,5 мм армировалась сварной сеткой из низкоуглеродистой проволоки диаметром 0,6 мм, размер ячейки - 25x25 мм. Продольная нижняя арматура ребер-диаметром 2 мм, верхняя конструктивная и арматура поперечных ребер - 1,2 мм. По контуру во всех местах пересечения продольных и поперечных ребер устанавливали закладные металлические детали для сварки плит покрытия между собой. Для приконтурнои зоны в модели покрытия, как и в реальной конструкции, применялась панель П-3 постоянной толщины, имеющая радиусы для верхней поверхности в двух направлениях: длина ее составляла 2648 мм, что соответствовало расстоянию между опорами. Радиус вдоль панели соответствовал радиусу основания купола, а поперек - радиусу сферы. Панель имела толщину 38 мм и была армирована двумя сетками. Рабочую арматуру - стержни диаметром 3 мм, укладывали поперек с шагом 40 мм. В средней зоне панели армировались дополнительным рабочими стержнями диаметром 3 мм с шагом 25 мм.
Металлический каркас купола также был запроектирован геометрически подобным по жесткостным параметрам реальной конструкции. Аналогично в модели были выполнены узлы сопряжения металлического каркаса - зонтика с контурной кольцевой балкой.
Контурная кольцевая балка - ригель, на которую опиралось все покрытие - железобетонный купол и металлические арки, представляла собой коробчатое сечение размером 115x224 мм, выполненное из листовой стали -боковые стенки толщиной 3 мм, а верхнее и нижнее основание - из листа толщиной 4 мм. Балка составлялась из 8 отдельных монтажных элементов, которые соединяли при сборке с помощью сварных накладок. Поскольку на балку сверху опирались панели железобетонного купола, то для восприятия сдвигающих усилий в местах стыка панелей и металлической поверхности приваривались специальные упоры из арматуры диаметром 5 мм.
К нижнему опорному кольцу примыкали 24 радиальных арки двутаврового сечения. Стенки и полки арок изготавливались из листа толщиной 2,7 мм. Высота сечения арки составляла 95,4 мм, ширина полок - 30 мм. Конструктивное решение было выбрано так, чтобы зазор между верхним поясом арок и нижней поверхностью железобетонного купола был равен 8 мм. К контурной балке арки крепились через диафрагмы и с помощью вилкообразных накладок. Верхние концы арок объединялись в опорное кольцо - цилиндр.
В кольцевом направлении арки связывались между собой кроме контурной балки еще в 4 уровнях кольцевыми балками, которые приваривались к радиальным аркам через диафрагмы. Два нижних пояса кольцевых балок выполнялись каждый из двух равнобоких уголков с полкой 25 мм, сваренных между собой в швеллер высотой 50 мм, а два верхних пояса - из одного равнобокого уголка со стороной 25 мм.
Объединение элементов металического каркаса с железобетонным куполом призводилось приваркой закладных частей железобетонных панелей к кольцевым балкам в 192 точках (в двух точках к каждой балке между арками). Кроме того, выше последнего ряда кольцевых балок радиальные арки приваривались к куполу еще в 48 точках. Подобное объединение железобетонного и металлического элементов конструкции купола надежно обеспечивало условия совместимости их работы. Модель покрытия устанавливалась на монтажный стенд высотой 1200 мм, который был образован стойками коробчатого сечения из 2 швеллеров №16, объединенных верхним и нижним поясами (см. рис. 3.11). Верхний пояс выполнял роль опорной площадки стенда и представлял собой правильный восьмиугольник с диаметром описанной окружности 7144 мм по центрам колонн, установленных в каждой вершине восьмиугольника. Каждая опора -колонна устанавливалась на бетонную площадку по поверхности которой укладывался металлический лист. К этому листу приваривалась опора стенда.
Результаты экспериментальных исследований модуля гладко-составного купола
Как и в предыдущем параграфе изложение материала здесь дается в соответствии с циклами испытаний, описанными в . 4.2.4. Однако, поскольку рассматриваемое покрытие обладает значительно меньшей жесткостью, чем модель гладкого купола, в представляемых материалах эксперимента с самого начала обращается особое внимание на появление в покрытии трещин при его испытаниях.
І цикл (раскружаливание покрытия). В соответствии с данными таблицы 4-1 нормативная нагрузка от собственного веса покрытия составляет 1,34 кН/м2. В связи с тем, что в процессе эксперимента к покрытию была приложена дополнительная нагрузка от распределительного устройства, суммарная нагрузка при раскружаливании достигла 1,61 кН[м2.
Анализ результатов исследования напряженно-деформированного состояния оболочки после раскружаливания показал следующее. Трещиностойкость на этом уровне нагружения оказалась достаточно высокой. Зафиксировано лишь несколько волосяных трещин с раскрытием до 0,05 мм в средних зонах контурных арок. Появились две трещины в монолитных швах близ опорных узлов короткого основания трапеции на которые в дальнейшем обращалось особое внимание. Величина раскрытия трещин в этих швах не превышала после раскружаливания 0,1-0,15 мм, протяженность трещин была от опорного угла до середины шва.
Максимальный прогиб оболочки отмечен в середине пролета внешнего контура. Он равен 7,61 мм, что составляет 1/1580 пролета (пролет оболочки по внешнему контуру- 12 м).
Нормальные усилия в ребрах всюду имели отрицательное значение -сжатие. Растяжение наблюдалось лишь в ребре на коротком основании трапеции. Максимальное усилие сжатия зафиксировано в приопорной зоне внешнего контура и равно 81 кН. По мере удаления от опоры усилия уменьшались до минимума в средней зоне. То же можно сказать и о боковых контурах. Нормальные усилия возникали в них у опоры, где имели максимальное значение (68 кН), постепенно уменьшались и в середине пролета меняли знак.
Эпюры прогибов покрытия и нормальных усилий в покрытии по боковому ребру и половине (до оси симметрии) наружного арочного контура, а также по оси симметрии и наклонной оси, проходящей через вершины внутренних плит (для нормальных усилий) после раскружаливания представлены на Рис 4-Ю пунктиром. В скобках даны числовые значения ординат этих эпюр после раскружаливания, без скобок - после достижения нормативной (для прогибов) и расчетной (для нормальных усилий) нагрузок.
Опоры покрытия по трем сторонам в плане были соединены друг с другом с помощью приваренных затяжек из арматурного стержня диаметром 32 мм, воспринимающих усилие распора арочного контура. Усилия растяжения, зафиксированные в затяжках бокового и внешнего контуров после раскружаливания, оказались равны соответственно 34,14 и 23,38 кН.
Изгибающие моменты в большинстве ребер оказалось невелики. Исключение составляют приопорные зоны в контурном и боковом ребре. Максимальный изгибающий момент в покрытии при раскружаливании зафиксирован в середине опорной плиты на внешнем контуре. Его значение равно 4,13 кНм. Следует отметить, что характер как нормальных усилий, так и изгибающих моментов в целом соответствует характеру их распределения в арочных элементах.
В полках плит покрытия на большей его части отмечались небольшие сжимающие усилия. Только вблизи контурного ребра в середине опорной плиты вдоль широкой стороны покрытия, а также в приопорных зонах вблизи бокового ребра фиксировалось растягивающее усилие в 24-34 кН/м.
II цикл (нагружение до нормативной и расчетной нагрузки). Следующим этапом испытаний было нагружение оболочки с затяжкой диаметром 32 мм до нормативной и далее до расчетной нагрузки. Для того, чтобы исключить случайные результаты в эксперименте, как при испытаниях модели гладкого купола, циклы «нагружение-разгрузка» повторяли несколько раз. После этого испытывали оболочку на расчетную нагрузку, используя также многократное «нагружение-разгрузку».
Характер прогибов при нормативной нагрузке соответствует их характеру при раскружаливании (см. рис. 4-1 Оа). Максимальный прогиб, равный 19,03 мм, зафиксирован также в середине внешнего контура. Отношение этого прогиба к длине пролета между опорами составляет 1/630, что не превышает нормативного отношения, установленного СниП (1/400). Отсюда можно сделать вывод о достаточной жесткости контура оболочки, что имеет большое значение, поскольку позволяет не устраивать дополнительной контурной арки.
Интересной особенностью покрытия является то, что в приопорном сечении внешнего контура наблюдался не прогиб, а устойчивый выгиб, составивший 0,42 мм, малая величина которого (0,09 мм) фиксировалась еще при раскружаливании покрытия. Усилия растяжения в затяжках, предусмотренных проектом, по сравнению с отмеченными при раскружаливании увеличились и составили: для боковых затяжек - 96,5 кН, контурной -68,3 кН.
Характер эпюр нормальных усилий при расчетной нагрузке в основном такой же, как при раскружаливании. Отличие заключается в том, что в середине внешнего контура появились небольшие усилия растяжения (до 27 кН). Максимальная величина сжимающего усилия - 217 кН (Рис 4-10,6).
Как нормальные силы, так и изгибающие моменты в ребрах распределяются по стандартной схеме для арочных диафрагм. Максимальная величина изгибающего момента при расчетной нагрузке приходится на середину пролета опорной плиты контурной арки и достигает 10 кНм. Это сечение можно считать наиболее опасным, поскольку, помимо максимального значения изгибающего момента, в нем близка к максимальной величина сжимающего усилия. Кроме того, в полках плит этой зоны вблизи ребра зафиксировано максимальное растягивающее усилие (61 кН/м).
Проводившееся в процессе всего эксперимента изучение трещинообразования в покрытии достаточно хорошо отражает качественную сторону его работы. Практически по всей длине ребра покрытия короткого основания трапеции имеется множество трещин, что согласовывается с его работой на растяжение. Трещины образовывались также в серединах остальных трех контурных ребер в местах растягивающих нормальных усилий. Максимальная ширина раскрытия трещин по всем трем сторонам покрытия не превышала 0,15-0,2 мм. Трещины в монолитных приопорных швах распространились на всю длину этого шва, причем максимальная ширина раскрытия этих трещин достигла 0,35 мм. В остальных монолитных швах трещины не образовывались.
При изучении совместной работы плит в покрытии определяли их деформативность внутри оболочки и на контуре, а также взаимное смещение плит относительно друг друга. Как отмечено выше, трещины в покрытии образовывались только в контурных плитах. Внутри оболочки трещин не было ни при каких нагрузках вплоть до разрушения.
Одной из важных задач испытаний было определить величину продольного смещения плит относительно друг друга при раскрытии трещины в шве между ними. Это исследование имело особое значение в связи с тем, что в ребрах плит отсутствовали промежуточные закладные детали, обеспечивающие поперечные связи соседних плит в серединах пролетов.
По показаниям приборов взаимное продольное смещение плит составило 0,01-0,02 мм, что соответствует погрешностям приборов. Поэтому можно утверждать, что взаимного смещения плит в покрытии при отмеченной выше ширине раскрытия трещин в швах не происходило.
Приведенные результаты свидетельствуют о высокой жесткости плит, объединенных в оболочке, малой деформативности как самих плит, так и монолитных швов между ними (за исключением приопорного шва), а также о хорошем восприятии шпонками, образованными монолитным бетоном, сдвигающих усилий.
В целом, анализ напряженно-деформированного состояния покрытия при нормативной и расчетной нагрузках показал, что оно обладает достаточной жесткостью, прочностью и трещиностойкостью. Относительный прогиб при нормативной нагрузке составлял 1/630 пролета.
Монтаж покрытия
Сборка опытного гладко-составного купола выполнялась в следующем порядке. Подготовка территории стройплощадки (расчистка, планировка, разбивка осей сооружения - фундаментов и монтажной опоры, а также опор двух монтажных стендов, подготовка площадок для установки монтажных стендов и монтажной опоры, площадок для складирования унифицированных плит, подъездных путей). Затем собирались монтажные стенды, установленные в створе монтируемой оболочки, и монтажная опора - в центре собираемого сооружения. Все эти работы были выполнены в течение одного месяца.
Непосредственные работы по монтажу покрытия продолжались двадцать четыре рабочих дня при работах в одну смену. Раскружаливание после набора прочности бетоном швов и стыков обетонирования между укрупнеными элементами в сборе происходило на 31-й день. Календарный план монтажа опытного покрытия приведен в табл. 5-1.
Работы начались со сборки первого монтажного элемента (модуля) на монтажном стенде №1 (рис 5-9). Все работы по сборке модуля и монтажу покрытия из укрупненных элементов весом каждый около 10 т выполнялись пневмоколесным краном К-255 грузоподъемностью 250 кН с вылетом стрелы 20м. Плиты, в соответствии со схемой их раскладки, после промывки водой боковых поверхностей, подавались краном на опоры монтажного стенда, производилась выверка положения этих плит в соответствии с геометрией покрытия, сварка узловых стыков, установка затяжек и обетонирование швов.
Работы по сборке первого модуля (как и всех остальных) продолжались три рабочих дня и выполнялись бригадой в составе: крановщиков - 1 чел., монтажников - 4 чел., сварщиков - 2 чел., геодезистов - 2 чел. Основные операции при сборке одного модуля требовали следующих затрат времени: укладка плит на монтажный стенд и их геодезическая выверка - 6 час; сварка узловых стыков плит и установка затяжек - 9 час; установка опалубки и обетонирование стыковых швов - 12 час. Работы по второй и третьей позициям частично совмещались во времени.
Через день после начала сборки первого модуля приступали к сборке модуля №3 на втором монтажном стенде (рис 5-9). Такой сдвиг во времени позволял обеспечить выполнение указанных выше операций на каждом модуле той же бригадой с переходом рабочих с одного модуля на другой. Таким образом, сборка двух первых модулей на монтажных стендах заканчивалась через 4 дня.
Устройство сварных стыков в узлах стыковых плит было показано на рис. 5-6. Перед омоноличиванием швов между плитами проводилась их очистка от следов сварки и продувка граней ребер сжатым воздухом. После этого снизу выставлялась опалубка из полос фанеры, поверхность которых, прилегающая к укладываемому бетону шва, смачивалась смесью солярового и веретенного масла в соотношении 3:1. В местах узловых стыков роль опалубки выполняли деревянные прокладки, установленные на стойках монтажного стенда. Полосы опалубки шва омоноличивания с помощью вязальной проволоки, пропущенной через шов крепили к арматурным стержням, расположенным на верхней поверхности плит. Натяжение проволоки для более плотного прилегания полос опалубки к нижним граням ребер производилось забивкой клиньев между арматурными стержнями и верхней поверхностью ребер. Для предотвращения вытекания цементного молока из щелей между опалубкой и нижней поверхностью ребер плит эти щели забивались паклей, пропитанной указанной выше смесью масел. Схема установки опалубки и омоноличивания шва при сборке модулей показана на рис. 5-10,а.
Для омоноличивания швов использовался бетон класса В25, приготавливаемый на месте с заполнителем не крупнее 5 мм при водоцементном отношении не более 0,45 и с осадкой конуса 4-5 см. Подача бетона в стыки и швы производилась вручную послойно. Бетон швов уплотнялся глубинным вибратором с гибким валом и закрепленным наконечником в виде прямоугольной стальной пластины толщиной 10 мм. Бетонирование швов велось без перерыва от угловых и контурных участков к центру модуля. В процессе омоноличивания швов из того же бетона изготавливались кубики размером 10x10x10 см, которые хранили на стройплощадке накрытыми тканью с периодическим поливом их водой. Швы и стыки бетонирования также накрывались тканью, сохраняемой постоянно во влажном состоянии.
Предварительными испытаниями образцов бетона, применявшегося для омоноличивания плит, было установлено, что через 3-4 суток бетон достигает 50-60% прочности. Поэтому после полной сборки модуль выдерживался на монтажном стенде в течение 3 суток и затем переносился краном на землю в соседний пролет (вправо для модулей 1 и 3 на рис. 5-9). Это позволяло во-первых - освободить монтажные стенды для сборки новых модулей (2 и 4) и, во-вторых - дать возможность бетону швов и стыков продолжить набор прочности, находясь «на земле» в положении готовом для монтажа покрытия. Места расположения модулей «на земле» находились в створе покрытия напротив друг друга, что обеспечивало возможность наиболее благоприятного монтажа покрытия, попарной установкой модулей на опоры.
После этого на освободившихся монтажных стендах приступали к сборке 2 и 4 модулей покрытия. Все операции по их сборке выполнялись аналогично уже описанным при сборке модулей 1 и 2.
Во время нахождения модулей 2 и 4 в собранном виде на монтажном стенде, на 12-й день после начала сборки 1 модуля (см. табл. 5-1) выполнялась установка 1 и 2 модулей в проектное положение. Каждый модуль поочередно с помощью четырех длинных строп , крепившихся к монтажным петлям по углам контурной стороны и малой сторны трапеции, подавался краном в проектное положение (см. рис. 5-9). Корректировка установки модуля в сборку производилась вручную с земли с помощью оттяжек. Поданный на место сборки модуль «зависал» контурными углами над колоннами, а малой стороной трапеции - над монтажной опорой на высоте порядка 5-10 см и, затем, вручную с установленных на колоннах и опоре лестниц строго фиксировался в проектное положение. Точность посадки модуля на место проверялась геодезическими измерениями.
После установки модулей в п рентное положение закладные части контурных углов модуля приваривались к верхней закладной пластине соответствующих колонн. Установка каждого модуля выполнялась крановщиком, 4 монтажниками, 1 сварщиком и поверка правильности установки - 2 геодезистами. Все рабты по установке одного модуля занимали 3 часа. Таким образом, установка двух модулей напротив друг друга укладывалась в один рабочий день.
По истечении 3-х дней выдерживания на стенде модули 2 и 4 также были перенесены «на землю», но уже в положение «влево» от монтажных стендов №1 и №2 и приступили к сборке модулей 5 и 6. Установка модулей 2 и 4 в проектное положение «с земли» выполнялась на 18 день после начала работ по монтажу покрытия (см. табл. 5-1). Модули 5 и 6 после сборки и вплоть до установки в проектное положение оставались на монтажных стендах. Их установка в покрытие выполнялась на 22 день после начала работ. Все операции по установке модулей 2 и 4, 5 и 6 в проектное положение выполняли также, как и установку модулей 1 и 3.
Сварка закладных частей и омоноличивание стыков и швов между модулями, установленными в сборку, осуществлялись таким же образом, что и изолженное выше. Исключение составляло лишь то, что все эти работы выполнялись с легких переставных деревянных подмостей и с поверхности собранного покрытия. Высокая точность сборки укрупненных модулей из унифицированных плит и монтажа покрытия из крупноразмерных модулей обеспечили достаточно равномерную и относительно небольшую ширину швов между плитами (рис. 5-10). При сборке модулей ширина шва не превышала 30-50 мм. При монтаже покрытия из крупноразмерных модулей из-за того, что ребра плит ПО-7 и ПО-8 выходящие на радиальные ребра модулей имели наклон и высота их в два раза больше, чем ребер плит ПО-6, зазор между нижними краями ребер, как правило, не превышал 50 мм (рис 5-10, б).
Омоноличивание швов между модулями 1-3 и 2-4 выполнялось до установки модулей 5 и 6. Омоноличивание остальных швов - после завершения монтажа всего покрытия - на 23 и 24 дни (табл. 5-1). Затем, в течение б дней покрытие оставалось в монтажном состоянии для обеспечения набора прочности бетоном швов и стыков между модулями, после чего на 31 день от начала работ проводилось его раскружаливание.
Отдельные элементы монтажа опытного покрытия показаны на рис 5-11. Их удобно рассматривать вместе с рис. 5-7 и 5-4.
