Содержание к диссертации
Введение
Глава. 1. Состояние вопроса и задачи исследований 15
1.1. Анализ поведения кладки стен зданий из различных материалов при землетрясениях 15
1.2. Анализ работ по исследованиям сейсмостойкости кладки стен из ячеистобетонных блоков 17
1 2 1 Анализ работ по экспериментальным исследованиям факторов, влияющих на сцепление раствора с камнем 22
1.2.2. Анализ исследований по повышению сейсмостойкости стен зданий из каменных материалов (в том числе из ячеистобетонных блоков) 25
1.3. Обоснование выбранного направления исследований и их задачи 43
Глава 2 Экспериментальные исследования монолитности кладки из ячеистобетонных блоков 46
2.1. Материалы, использованные для изготовления опытных образцов 46
2 2 Экспериментальные исследования прочности при осевом растяжении (нормальное сцепление) ячеистобетонных блоков в кладке 51
2 3 Экспериментальные исследования прочности при сдвиге (касательное сцепление) ячеистобетонных блоков в кладке 58
2.4. Выводы по разделу 2 w"
Глава 3 Экспериментальные исследования прочности и деформативности кладки стен из ячеистобетонных блоков на различные статические воздействия. современные методы усиления кладки и их эффективность
Прочность и деформативность кладки стен при перекосе
Описание опытных образцов и программа испытаний 70
Материалы, использованные для изготовления опытных образцов 74
Методика испытаний 75
Результаты экспериментальных исследований прочности и деформативности кладки стен при перекосе и их анализ 81
Прочность и деформативность кладки стен при изгибе из плоскости 121
Материалы и конструкции опытных образцов 121
Методика испытаний 123
Результаты экспериментальных исследований прочности и деформативности кладки стен при изгибе из плоскости и их анализ 129
Прочность и деформативность стен и простенков при центральном и внецентренном сжатии 137
Материалы и конструкции опытных образцов 137
Методика испытаний 139
Результаты экспериментальных исследований прочности и деформативности кладки стен при центральном и внецентренном сжатии и их анализ 143
Экспериментальные исследования
Фрагментов стен в натуральную величину из ячеистобетонных блоков на динамические воздействия. современные методы усиления кладки и их эффективность 157
Задачи проводимых экспериментальных исследований 157
Программа и методика испытаний фрагментов стен 158
Оборудование для испытаний 163
Результаты экспериментальных исследований и их анализ 177 4.5.
Выводы по разделу 4 J-- I
Рекомендации по применению стен из ячеистобетонных блоков «ytong» на клеевом растворе «ytong-эконом» в зданиях, возводимых в сейсмических районах РФ 196
Общие положения 196
Материалы для кладки стен 196
Физико-механические и геометрические характеристики бетона 198
Проектирование конструкций из ячеистобетонных блоков 202
Деформационные швы 208
Заключение и выводы 209
Библиографический список 212
- Анализ работ по исследованиям сейсмостойкости кладки стен из ячеистобетонных блоков
- Экспериментальные исследования прочности при осевом растяжении (нормальное сцепление) ячеистобетонных блоков в кладке
- Материалы, использованные для изготовления опытных образцов
- Программа и методика испытаний фрагментов стен
Введение к работе
Актуальность работы.
Производство автоклавного газобетона является в настоящее время одним из самых привлекательных направлений для инвестиций. По данным «Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков» ежегодно в России выпускается около 7 млн. м3 стеновых блоков из ячеистого бетона, причем потенциальная емкость рынка составляет приблизительно 30 млн. м3. Ежегодные темпы спроса на стены из ячеистого бетона до 2010 г. находились на уровне 40-45%.
Главным образом этот резерв связан с двумя факторами: во-первых, с реализацией национальной программы «Жилище», а во-вторых, с ужесточением требований тепловой защиты зданий и сооружений, принятых в свое время Госстроем в СНиПах и Правительством России в новой редакции федерального закона №261 - ФЗ «Об энергосбережении». В связи с этим теплые, дешевые и технологичные материалы, к числу которых относится ячеистый бетон, являются самыми перспективными.
В 2007 году в России в структуре домостроения по материалам стен на долю ячеистого бетона приходилось 7.5% в жилом и около 10 % - в нежилом строительстве. Между тем, в большинстве развитых европейских стран этот показатель достигал 30-40%.
Применение стен из ячеистобетонных блоков в сейсмоопасных регионах сдерживается по следующим причинам:
- в настоящее время в России кладка стен из ячеистобетонных блоков
осуществляется, в основном, на цементных растворах. Кладка несущих и
самонесущих стен из ячеистобетонных блоков различной прочности и плотности на
цементных растворах из-за низкого значения величины нормального сцепления не
позволяет обеспечить требования Актуализированной редакции СНиП П-7-81*
предъявляемые к кладкам 1-ой и П-ой категорий.
Согласно Актуализированной редакции СНиП П-7-81* допускается применение:
а) для кладки несущих стен - ячеистобетонных блоков классов по прочности на
сжатие не ниже В 5 и марок по средней плотности не менее D700;
б) для кладки самонесущих стен - ячеистобетонных блоков классов по
прочности на сжатие не ниже В2.5 и марок по средней плотности не менее D500;
в) для кладки ненесущих стен - ячеистобетонных блоков классов по прочности
на сжатие не ниже В1.5 и марок по средней плотности не менее D500.
Указанные ограничения связаны с отсутствием исследований работы кладки стен из ячеистобетонных блоков при действии динамических нагрузок. При этом:
- отечественная технология производства ячеистобетонных блоков не
обеспечивает гарантированный класс бетона В3.5-ьВ4.5 при марки по средней
плотности D500-D600. Стабильность показателей отечественного автоклавного
ячеистого бетона по прочности на сжатие характеризуется партионным
коэффициентом вариации равным 18%. Для сравнения, по данным НИИЖБ им.
А.А.Гвоздева (к.т.н. Т.А.Ухова) коэффициент вариации ячеистобетонных блоков,
выпускаемых под брендом YTONG, равен 6%;
- как у нас в стране, так и за рубежом отсутствуют или имеются в
незначительном объеме исследования кладки стен из ячеистобетонных блоков (из
бетона марки по средней плотности D500-D600 при классе по прочности на сжатие
В3.5-ьВ4.5), смонтированных на клеевых составах, на действие динамических
нагрузок, моделирующих сейсмические воздействия различной интенсивности.
Отсутствие исследований в части оценки возможности применения кладки стен из ячеистобетонных блоков на клеевых составах в сейсмоопасных регионах осложняет стоящую перед проектировщиками задачу по использованию эффективного стенового материала из ячеистого бетона в сейсмических районах.
Диссертационная работа посвящена выявлению особенностей работы кладки стен из ячеистобетонных блоков класса В3.5-кВ4.5 при марке по средней плотности D500-KD600 на клеевых составах, в том числе усиленных композитными материалами на основе углеволокнистой ткани и ремонтными бетонными составами, при действии статических и динамических нагрузок, моделирующих сейсмические воздействия.
Цели диссертационной работы:
- на основе проведенных экспериментальных исследований оценить
возможность использования ячеистобетонных блоков, изготавливаемых по широко
применяемым в РФ технологиям YTONG и Masa-Henke, в сейсмоопасных регионах
России;
разработка рекомендаций по применению ячеистобетонных блоков из автоклавного бетона для кладки несущих и самонесущих стен, а также в качестве заполнения каркасов зданий, возводимых как в обьганых, так и в сейсмических регионах РФ;
на основе проведенных экспериментальных исследований установить эффективность применения для ремонта и усиления стен из ячеистобетонных блоков композитных материалов на основе углеволокна и ремонтных бетонных составов.
На защиту выносятся:
результаты экспериментальных исследований прочности и деформативности кладки стен из ячеистобетонных блоков автоклавного твердения класса В3.5-ьВ4.5 при марке по средней плотности D500-bD600 на клеевом растворе при действии статических и динамических нагрузок, моделирующих сейсмические воздействия;
результаты экспериментальных исследований прочности и деформативности кладки стен, усиленных углеволокном и с помощью специальных ремонтных бетонных аппликаций, при действии на них статических нагрузок, моделирующих сейсмические воздействия;
результаты экспериментальных исследований на виброплатформе фрагментов стен из ячеистобетонных блоков в натуральную величину, усиленных (и без усиления) углеволокнистой тканью при различных уровнях вертикального обжатия кладки стен.
- рекомендации по применению ячеистобетонных блоков автоклавного
твердения для кладки стен зданий, возводимых в обычных и сейсмических районах
РФ, с учетом их усиления специальными ремонтными бетонными смесями и
углеволокнистой тканью.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- получены расчетные характеристики кладки из ячеистобетонных блоков на
клеевом растворе для различных видов ее напряженного состояния;
впервые получены экспериментальные данные о прочности и деформативности кладки стен из ячеистобетонных блоков автоклавного твердения, смонтированных на клеевых растворах, изготовленных в заводских условиях, при различных схемах нагружения кладки, моделирующих различные варианты сейсмических воздействий;
впервые получены экспериментальные данные о прочности и деформативности кладки стен из ячеистобетонных блоков на клеевом растворе, усиленных с помощью холстов из углеволокнистой ткани и бетонной аппликации на основе специальных ремонтных смесей, при различных схемах нагружения стен;
- экспериментально исследована эффективность различных схем усиления в
зависимости от вида напряженного состояния кладки стен.
получены и проанализированы схемы разрушения фрагментов стен с проемами в натуральную величину при их динамических испытаниях на виброплатформе в зависимости от уровня обжатия кладки и схемы усиления стены;
по результатам экспериментальных исследований даны предложения по применению ячеистобетонных блоков для кладки несущих и самонесущих стен, возводимых как в обычных, так и в сейсмических регионах РФ.
Практическое значение работы:
по результатам экспериментальных исследований получены данные о несущей способности кладки стен из газобетонных блоков при классе бетона В3.5-ьВ4.5 и марке по средней плотности D500-D600, смонтированных на клеевых растворах заводского изготовления, и даны предложения о возможности их применения в несущих и самонесущих стенах здания, а также в качестве стенового заполнения каркасов зданий, возводимых в сейсмических районах.
по результатам экспериментальных исследований даны предложения по повышению несущей способности стен из газобетонных блоков путем усиления их холстами из углеволокнистой ткани или набетонкой из ремонтных бетонных смесей.
- даны предложения по включению в действующие нормы значений расчетных
характеристик кладки из ячеистобетонных блоков на клеевых растворах в
зависимости от вида напряженного состояния кладки.
Апробация работы осуществлена:
- в докладе «Пути повышения сейсмостойкости стен из ячеистобетонных
блоков» на Международной научно-практической конференции. Москва, РУДН, 6-
9 апреля 2010 г.
в докладе «Прочность и деформативность ячеистобетонных стен зданий, усиленных углеволокном, при возведении их в сейсмических районах» на Международной научно-практической конференции. Москва, РУДН, ноябрь 2010 г.
в докладе «Применение стен из ячеистобетонных блоков в сейсмических районах» на семинаре «Комплексная безопасность в строительстве» в рамках выставки на 1-ом Национальном конгрессе. Москва, 18-19 мая 2010 г.
в докладе «Применение ячеистобетонных блоков для фасадных стен крупнопанельных зданий, возводимых в обычных и сейсмоопасных регионах РФ» на 1-ой Международной научно-практической конференции «Модернизация крупнопанельного домостроения - локомотив строительства жилья экономического класса». Москва, «Президент-Отель», 19-20 апреля 2011г.
в докладе «Пути повышения эксплуатационной надежности стен из ячеистобетонных блоков при строительстве зданий в обычных и сейсмических районах РФ» в рамках проводимого III Международного Конгресса «Комплексная безопасность при строительстве и эксплуатации промышленных и гражданских объектов Юга России». Краснодар, 4-6 октября 2011 г.
в докладе «Исследования стеновых конструкций из ячеистобетонных блоков на сейсмические воздействия» на научно-практической конференции «Современное производство автоклавного бетона» в рамках конференции «Технология YTONG для энергоэффективного строительства». Москва, 10 ноября 2011 г.
в докладе «Исследования стеновых конструкций из ячеистобетонных блоков на сейсмические воздействия» на Научно-практической конференции «Современное производство автоклавного бетона». Санкт-Петербург, 16-18 ноября 2011г.
Публикации
Основные положения диссертации и результаты проведенных исследований опубликованы в 7 научных статьях, в том числе 4 статьях, опубликованных в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и Приложения.
Полный объем диссертации - 232 страницы, в том числе: 121 страниц печатного текста, 98 рисунков, 24 таблицы, библиографического списка использованной литературы из 105 наименований (позиций), 11 страниц Приложений.
Анализ работ по исследованиям сейсмостойкости кладки стен из ячеистобетонных блоков
Впервые газобетон стали производить более 100 лет назад. В 1882 г. был выдан патент Михаэлису (Германия) за автоклавирование песчано-известковой массы в течение 8-9 ч под давлением около 0.8 МПа. Данное изобретение сыграло колоссальную роль для становления и развития индустриального производства материалов автоклавной обработки, в том числе и газобетонов.
Ячеистый бетон, широко распространенный в настоящее время в мире, был зарегистрирован в Швеции в 1922 г. изобретателем Эриксоном. Его и принято считать основоположником нынешнего газобетона, применяемого в строительной отрасли.
В 1929 году, Карл Август Карлен впервые начал производить автоклавный ячеистый бетон промышленным способом. В 1940 году новый строительный материал получил название YTONG — Y (XHULTS ANGEHARDADE GASBE) TONG - что значит «прочный автоклавный ячеистый бетон из Иксхульта». Таким образом, первым газобетоном автоклавного твердения является газобетон марки YTONG.
В производстве и применении ячеистого бетона в Европе лидирует на сегодняшний день Германия, ежегодное производство ячеистого бетона предприятий которой в 2004г. составляло 3.4 млн.м . А всего в Европе (по состоянию на 2004 г.) более чем на 100 предприятиях ежегодно производится порядка 18 млн.м изделий из ячеистого бетона.
В нашей стране исследования в области применения в строительстве неавтоклавного ячеистого бетона (пенобетон и газобетон) были начаты в середине 30-х годов XX столетия. При этом для стен зданий ячеистый бетон использовался с характеристиками, соответствующими (по ГОСТ 25485-89 [41]) как конструкционно-теплоизоляционному (D500-bD900, Bl-f-BlO), так и конструкционному материалу (D1000-D1200, В3.5 В 15). Ячеистые бетоны стали широко внедряться в строительство после того, как в результате большой научно-исследовательской работы в 1936 - 1938 гг. в ЦНИИПС (И.Т.Кудряшев, Н.Н.Лессиг и др.) был получен конструктивный автоклавный армопенобетон на основе цемента, молотого песка и клееканифольного пенообразователя. По данным [42] широкое применение в нашей стране ячеистобетонных камней в несущих стенах при строительстве малоэтажных зданий различного назначения относится к концу 50-х началу 60-х годов. При этом большая часть исследований в области ячеистых бетонов относилась к конструкциям зданий, возводимых в обычных районах РФ.
В настоящее время по данным официальной статистики, в РФ действует порядка 70 предприятий, выпускающих автоклавный газобетон.
В Центральном регионе крупнейшими предприятиями, производящими более 100 тыс. м ячеистых бетонов в год, являются липецкие заводы (Липецкий КСИ, Липецкий завод изделий домостроения, Новолипецкий МК), а также Старооскольский завод ССМ. Есть и новые производства. В Воскресенске Московской области запущена линия Wehrhahn производительностью 100 тысмл, а в Старой Купавне - линия СБИ-200 ЗАО «Силбетиндустрия» производительностью 200 тыс. мо в год. Совместно с российским партнёром ГВСУ «Центр» компанией Xella (Кселла) в конце 2007г. был построен крупнейший в России завод по производству газобетона автоклавного твердения под маркой YTONG (Итонг) в г. Можайск (Московская область). Производственная мощность завода сотавляет около 500 000 м".
В Поволжье большую часть газобетона производят предприятия «Коттедж» (Самарская область), вятский «Кировгазосиликат», ижевский ЗЯБ и завод «Кирпич силикатный» (Мордовия). В Северо-Западном регионе крупнейшим производителем газобетона до недавнего времени оставался 211 КЖБИ (п. Сертолово, Ленинградской области). Однако летом 2005 г. был построен завод «ЛСР-Газобетон» Группы ЛСР мощностью 300 тыс. м в год, после чего холдинг стал ведущим производителем автоклавных ячеистых бетонов в регионе. Укреплению позиций этого производителя послужил тот факт, что в 2006 г. Группа ЛСР получила контроль над компанией Aeroc International, владеющей двумя заводами по производству газобетона в Эстонии и Латвии (производительностью 200 и 100 тыс. мо соответственно) и сформировала холдинг по производству газобетонных блоков. Также заметным производителем газобетона в Северо-Западном регионе является ЗАО «ДСК-3». Новым участником рынка стал завод по производству газобетона в промышленной зоне г. Сланцы, Ленинградской области, построенный компаниями «ЕвроАэроБетон» и Philco Technologies (Германия) мощностью 165 тыс.м газобетонных блоков в год.
В других регионах страны наиболее заметными производителями газобетона являются новосибирский завод «Сибит» (160 тыс.мо) и ООО «Рефтинское объединение «Теплит» в Свердловской области (около 280 тысм в 2006 г.).
Ограничения, накладываемые действующими нормативными и рекомендательными документами на применение стен из ячеистобетонных блоков в зданиях, возводимых в сейсмических регионах нашей страны, где имеются огромные запасы дешевого местного сырья (барханные и кварцевые пески, лессы, известняки), связаны, как отмечалось выше, с недостаточной изученностью этого вопроса и отсутствием соответствующих нормативных документов для проектирования конструкций жилых и общественных зданий в сейсмических регионах РФ.
Экспериментальные исследования прочности при осевом растяжении (нормальное сцепление) ячеистобетонных блоков в кладке
Как отмечалось выше, в настоящее время в РФ действуют более 70 заводов, выпускающих ячеистобетонные блоки автоклавного твердения. При этом среди основных технологических линий групп компаний YTONG, Wehrhahn, Hebel, Masa-Henke и Н+Н наиболее широко в РФ реализованы технологии YTONG, Hebel и Masa-Henke.
В табл. 2.1 приведены данные о физико-механических характеристиках ячеистобетонных блоков автоклавного твердения, выпускаемых в РФ указанными компаниями. Поскольку объем производства ячеистобетонных блоков по технологиям «YTONG» и «Masa-Henke» существенно выше остальных технологий, по договоренности с руководством заводов ЗАО «Кселла-Аэроблок-Центр» (технология «YTONG», г.Можайск) и ЗАО «АэроБел» (технология «Masa-Henke», г.Белгород) в ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко были доставлены и проведены исследования работы кладки стен из ячеистобетонных блоков указанных заводов на действие статических и динамических нагрузок. Ячеистобетонные блоки имеют следующие характеристики: - YTONG: марка по средней плотности D500, класс бетона по прочности на сжатие В3.5; - Masa-Henke: марка по средней плотности D600, класс бетона по прочности на сжатие В4.5.
В табл. 2.2 и 2.3 приведены результаты испытаний кубов размером 10x10x10 см, выпиленных из ячеистобетонных блоков, доставленных с указанных выше заводов. Испытания и обработка результатов испытаний кубов проводились по методике ГОСТ 10180-90 [84]. 1. При марке по средней плотности ячеистого бетона 0500 (величина средней влажности 10 %) по прочности на сжатие ячеистый бетон ЗАО «Кселла-Аэроблок-Центр» соответствует классу В3.5. 2. При марке по средней плотности ячеистого бетона 0600 (величина средней влажности 10 %) по прочности на сжатие ячеистый бетон ЗАО «АэроБел» соответствует классу В4.5 (по интерполяции).
Кладка опытных образцов осуществлялась на следующих клеевых смесях, широко применяемых за рубежом и поставляемых в больших объемах на строительный рынок РФ указанными выше отечественными производителями ячеистобетонных блоков автоклавного твердения:
Кроме этого, для оценки эффективности рекомендованных заводами-изготовителями клеевых составов для кладки стен из ячеистобетонных блоков по сравнению с широко применяемым в России цементным раствором контрольные образцы в каждой испытанной опытной серии монтировались с использованием сухой растворной смеси марок М50 и М100.
Экспериментальные исследования прочности при осевом растяжении (нормальное сцепление) ячеистобетонных блоков в кладке
Монолитность кладки является одним из основных показателей, определяющих сейсмостойкость зданий. Основными показателями, характеризующими монолитность кладки, являются величины нормального сцепления растворной (клеевой) смеси с ячеистобетонными блоками - при осевом растяжении кладки и касательного сцепления - при действии сдвигающих усилий или срезе по неперевязанному шву.
Для оценки прочности нормального сцепления блоков в зависимости от типа материала шва было изготовлено 5 серий образцов - двоек, изготовленных из двух кубов с размерами сторон 100x120x130 мм и выпиленных из целых ячеистобетонных блоков. Толщина клеевого и растворного швов в экспериментальных образцах кладки стен принималась исходя из следующего: - для клеевого шва - 1-5-3 мм (рекомендации завода-изготовителя); - для растворного шва - 10-Ы2мм ([72], п. 3,1.5. [86]). Экспериментальные образцы для определения осевого сцепления были изготовлены одновременно из ячеистых бетонов разных производителей и на разных клеевых и растворных составах. В каждой серии было по 5 образцов: серия - образцы из ячеистобетонных кубов производства ЗАО «Кселла-Аэроблок-Центр» марки по средней плотности 0500 и класса по прочности на сжатие В3.5, склеенных цементным растворным составом марки М25. образцы из ячеистобетонных кубов производства ЗАО «Кселла-Аэроблок-Центр» марки по средней плотности 0500 и класса по прочности на сжатие В3.5, склеенных клеевым составом марки «YTONG-эконом». III серия - образцы из ячеистобетонных кубов производства ЗАО «АэроБел» марки по средней плотности D600 и класса по прочности на сжатие В4.5, склеенных цементным растворным составом марки Ml00. IV серия - образцы из ячеистобетонных кубов производства ЗАО «АэроБел» марки по средней плотности D600 и класса по прочности на сжатие В4.5, склеенных клеевым составом марки «Церезит». V серия - образцы из ячеистобетонных кубов производства ЗАО «АэроБел» марки по средней плотности D600 и класса по прочности на сжатие В4.5, склеенных клеевым составом марки «Евро-Л». При подготовке образцов к испытаниям на осевое растяжение по высоте и длине швов были сделаны пазы высотой и глубиной «20ч-25 мм для возможности заведения в них плечиков захватов (см. рис.2.1).
Прочность растворной смеси определялась на кубах размерами 7.07x7.07x7.07 см по методике ГОСТ 5802-86 [87]. Образцы-двойки (рис. 2.2), соединенные между собой клеевой массой или растворным составом выдерживались в течении 28 суток в помещении с температурой 20С и относительной влажностью воздуха 75%. Перед испытанием образцы устанавливались в захватное устройство (рис. 2.3). При испытаниях нагрузка возрастала непрерывно со скоростью 0.006 МПа/с (ГОСТ 24992-81 [86]). За величину предельной нагрузки принималось максимальное усилие, достигнутое к моменту разрыва (по шву или по материалу) опытного образца.
Материалы, использованные для изготовления опытных образцов
На основе анализа результатов экспериментальных исследований прочности и деформативности кладки стен из ячеистобетонных блоков, усиленных одно- двухсторонней набетонкой толщиной 30 мм, установлено следующее.
Как видно из графика на рис.3.31 в процессе нагружения образца с односторонней набетонкой деформации сжатия ячеистобетонного слоя существенно выше аналогичных деформаций, замеренных с помощью приборов, установленных на обетонированной поверхности кладки стены.
Указанное обусловлено тем, что несмотря на то, что центровка образца производилась по геометрической оси, наличие разномодульных материалов (ячеистобетонные блоки с Ео = 2 000 МПа и набетонки толщиной 30 мм с Ео = 38 000 МПа), а также из-за использования материалов со значительным различием в прочностных показателях (набетонка - R = 60 МПа, ячеистый бетон - R = 1 МПа) ведет к смещению физического центра тяжести сечения образца относительно его геометрического центра тяжести и, как следствие этого увеличению эксцентриситета приложения внешней нагрузки. Так с учетом отмеченного для образцов с односторонней связью величины эксцентриситетов колеблются в интервале от 4.5 до 10.0 см (график на рис. 3.31), т.е. имеет место случай больших эксцентриситетов (см. раздел 19 [59]). Указанный эффект при односторонней набетонке ведет к снижению несущей способности опытного образца, поскольку набетонка «не успевает» включиться в работу конструкции при увеличении на нее нагрузки.
В эталонных образцах при отсутствии набетонки и эксцентриситете приложения сил е = 2- 3 см ширина сжатой зоны составляет «30 см. При наличии односторонней набетонки и эксцентриситете е = 4 10 см ширина сжатой зоны низкопрочного слоя из ячеистого бетона существенно меньше, что и ведет к его более раннему разрушению по сравнению с неусиленным образцом. Указанное обусловлено тем, что более прочный и жесткий слой из тяжелого бетона принимает на себя большую часть нагрузки и из-за малой величины касательного сцепления ячеистого и тяжелого бетона (и малой прочности материала ячеистого бетона при сдвиге) происходит разрушение опытного образца при нагрузке меньшей, чем полученной при испытаниях неусиленных образцов стен. 2. Как видно из табл.3.4 прочность фрагмента кладки стены, усиленной путем нанесения односторонней набетонки, при испытании на перекос на 28% ниже, чем у неусиленного образца. 3. Несущая способность опытных образцов кладки стен из ячеистобетонных блоков, усиленных путем нанесения двухсторонней набетонки толщиной 30 мм на 25-30% выше, чем у неусиленных образцов. 4. На фото рис. 3.33 и 3.34 показан характер разрушения опытных образцов VII и VIII серий. Анализ картины образования трещин в образцах и характера их разрушения позволяет отметить следующее. - картина разрушения образцов VII серии с односторонним усилением кладки стен набетонкой аналогична схеме разрушения неусиленных образцов: образование вертикальной трещины на поверхности ячеистобетонного слоя и выпучивание набетонки из плоскости фрагмента стены (рис. 3.33); - разрушение образцов VIII серии с двухсторонним усилением кладки стен набетонкой происходит в два этапа: - сначала в процессе нагружения происходит отслоение ячеистобетонного слоя от слоя набетонки (образуются трещины по контакту слоев). Указанное происходит при нагрузках, составляющих (0.8+0.85)xNpa3p; - далее при достижении предельной разрушающей нагрузки образуются вертикальные трещины по торцам кладки из ячеистобетонных блоков и происходит их полное отслоение от бетонных аппликаций.
Программа и методика испытаний фрагментов стен
В данном разделе диссертации изложены результаты экспериментальных исследований прочности и деформативности кладки стен с проемами, изготовленными в натуральную величину, из ячеистобетонных блоков автоклавного твердения на действие динамической циклической нагрузки в плоскости стены. При этом экспериментально исследовано влияние усиления кладки стен углехолстами на их прочность и деформативность. Физико-механические и прочностные характеристики материалов кладки стен и элементов усиления приведены в разделах 2.1 и 3.1.2 диссертации.
Данный раздел диссертации является наиболее важным, т.к. таких динамических исследований конструкций из ячеистобетонных блоков, в том числе с использованием для усиления холстов из углеволокнистой ткани ранее не проводилось в нашей стране. Полученные в результате испытаний данные позволят определить физико-механические, эксплуатационные и другие характеристики несущей стены из ячеистобетонных блоков, включая динамические показатели испытываемой системы, ее расчетные и реальные динамические характеристики. Полученные данные являются основанием для оценки возможности расширения области применения ячеистобетонных блоков с учетом требований безопасности, эксплуатационной надежности и долговечности зданий, возводимых в сейсмических районах.
Для проведения динамических испытаний фрагментов стен из ячеистобетонных блоков в Центре исследований сейсмостойкости сооружений ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко на основе использования для кладки стен ячеистобетонных блоков размерами 625x300х250(Н) мм (марка по плотности - П500, класс бетона В3.5 производства ЗАО «Кселла-Аэроблок-Центр») и клеевого раствора «YTONG-эконом» было изготовлено 2 опытных образца стен с проемами: I серия - эталонный образец - фрагмент стены в натуральную величину без внешнего усиления (см. рис. 4.1а); II серия - фрагмент стены в натуральную величину, усиленный с двух сторон холстами из углеволокна как показано на схеме рис.4.16. Кроме этого, образец армировался двумя стержнями 05 мм из базальтового волокна (фирма «Гален») через два ряда по высоте (500 мм). Программа испытаний включала в себя следующие этапы. 1. Изготовление опытных образцов фрагментов стен в натуральную величину (рис.4.1). 2. Изготовление специальной оснастки для возможности вертикального обжатия стеновой панели статической нагрузкой. С помощью специальных 10-ти тонных домкратов, вертикальных тяжей и стягивающих муфт обеспечивался уровень статической нагрузки (обжатия образца) на образец на начальном и промежуточном этапах испытаний (рис.4.2, 4.3). На начальном этапе динамических испытаний величина статической вертикальной нагрузки на образец составляла я = 0.8xRb,= 1.2 МПа. Общая величина нагрузки на раму от каждой пары тяжей, расположенных в одной плоскости на двух противоположных гранях стены составляла N « dxhCTxq = 24x30x12 = 83 кН, или общая нагрузка на образец составила на начальном этапе динамических испытаний Ns = N; х Прш.гш = 83 хЮ = 830кН. 3. На втором образце усиление кладки было выполнено с помощью полос шириной 300 мм из углеволокнистой ткани марки М-Brace FIB CF 230/4900.200g/5.100m (BASF) по схеме, показанной на рис. 4.16. 4. На каждом этапе динамических испытаний после прохождения цикла нагружения, соответствующего ускорениям 100, 200, 400 см/с , производилась разгрузка образцов на величину, составляющую qs = 0.2 xRb. Разгрузка образца осуществлялась по схеме, аналогичной процессу обжатия образца. Таким образом, в процессе испытаний было выполнено 4-е режима нагружения опытных образцов. На последнем этапе испытаний (4-ый режим) статическая вертикальная нагрузка на образец была практически снята.
Режим нагружения при динамическом воздействии выбирался исходя из следующих основных условий: - как показал анализ работ в области сейсмических исследований период колебаний грунтового основания в зависимости от расстояния до эпицентра интенсивности землетрясения изменяется в пределах 0,1-г1,5с [15]. При этом, продолжительность колебательного процесса находится составляет 10-J-50 с. При испытаниях продолжительность динамического воздействия на конструкции на каждом этапе нагружения составляло 40 5 0с; - частотный диапазон колебаний, наиболее опасных для существующих зданий, находится в пределах от 3 до 10 Гц. При динамических испытаниях опытных образцов частотный диапазон колебаний платформы и опытного образца, установленный с помощью специальных приборов, изменялся от 1 до 9.9 Гц. Принятые параметры длительности колебательного процесса дают возможность определить границы изменения циклов колебаний от п = 200 до п = 500 циклов.
Похожие диссертации на Прочность и деформативность стен из ячеистобетонных блоков при статических и динамических воздействиях
