Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ и классификация дефектов, причин образования и способов оценки их влияния
1.1. Причины дефектов и повреждений в железобетонных конструкциях
1.2. Характерные дефекты железобетонных конструкций на примере Кировской области
1.3. Существующие методы оценки влияния дефектов на прочностные и деформативные свойства изгибаемых железобетонных элементов
1.4. Экспериментальные исследования влияния нарушения сцепления арматуры с бетоном из-за коррозионных повреждений на прочность и деформативность изгибаемых элементов
1.5. Исследование предложений по расчету прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов с нарушенным сцеплением
1.6. Особенности напряженно-деформированного состояния бетона сжатой зоны при наличии несвязанной с бетоном арматуры
Выводы по главе 1 42
2. Современные методы усиления железобетонных изгибаемых конструкций
2.1. Конструктивные решения усиления железобетонных ребристых плит
2.2. Усиление изгибаемых железобетонных элементов напряженной арматурой
2.3. Методы расчета усиления напряженной арматуры 55
Выводы по главе 2 63
3. Экспериментальные исследования работы железобетонных ребристых плит с нарушенным сцеплением арматуры с бетоном
3.1. Цель и основные задачи экспериментальных исследований 65
3.2. Описание опытных образцов, характеристики материалов 66
3.3. Конструкция испытательной установки и методика проведения испытаний
3.4. Характер работы и разрушения плит под нагрузкой 73
3.5. Анализ напряженно-деформированного состояния, прочности, жесткости и ширины раскрытия трещин
Выводы по главе 3 89
4. Экспериментальные исследования работы железобетонных ребристых плит с нарушенным сцеплением арматуры с бетоном, усиленных напряженной арматурой
4.1. Цель и основные задачи экспериментальных исследований 90
4.2. Описание опытных образцов, характеристики материалов 91
4.3. Конструкция испытательной установки и методика проведения испытаний
4.4. Характер работы и разрушения плит под нагрузкой 100
4.5. Анализ напряженно-деформированного состояния, прочности, 114 жесткости и ширины раскрытия трещин
Выводы по главе 4 120
5. Оценка остаточной прочности и жесткости поврежденных ребристых плит
5.1. Обобщение результатов испытания ребристых плит 122
5.2. Корреляционно-регрессионный анализ перемещений 126
5.3. Дисперсионный анализ функции перемещений 130
5.4. Корреляционно-регрессионный и дисперсионный анализ по несущей способности плит
5.5. Рекомендации по расчету прочности нормальных сечений и жесткости ребристых плит с дефектом нарушения сцепления
5.6. Пример расчета 140
Общие выводы 143
Список литературы
- Характерные дефекты железобетонных конструкций на примере Кировской области
- Усиление изгибаемых железобетонных элементов напряженной арматурой
- Конструкция испытательной установки и методика проведения испытаний
- Конструкция испытательной установки и методика проведения испытаний
Введение к работе
Актуальность работы. Начиная с пятидесятых годов прошлого века сборные железобетонные конструкции являются основными в строительстве промышленных и гражданских зданий. В настоящее время, в связи с возрастающими объемами технического перевооружения и реконструкции существующих зданий и сооружений, становятся актуальными вопросы оценки технического состояния конструкций эксплуатируемых объектов и применения соответствующих методов их восстановления или усиления. Необходимость оценки технического состояния конструкций возникает также и в каждодневной деятельности служб эксплуатации промышленных предприятий при решении вопросов о возможности дальнейшей эксплуатации, о необходимости выполнения усиления или ремонтных мероприятий.
Как показывает опыт обследований эксплуатируемых зданий с железобетонными конструкциями, одним из наиболее распространенных повреждений является нарушение сцепления арматуры с бетоном (до 60% от общего количества поврежденных конструкций), причем в наибольшей степени оно характерно для наиболее массовых изгибаемых элементов - плит, ригелей. Причинами нарушения сцепления являются: коррозия арматуры, сколы защитного слоя бетона, нарушение его структуры вследствие температурно-влажностных воздействий.
Наиболее широко распространенным способом усиления ребристых плит при нарушении сцепления арматуры с бетоном является установка дополнительной арматуры в растянутую зону. Такое усиление осуществляется при действии значительной доли нагрузки, так как полная разгрузка конструкций является затруднительной.
Большой вклад в разработку методов оценки несущей способности изгибаемых железобетонных строительных элементов с нарушенным сцеплением, разработку методов усиления и расчета железобетонных строительных конструкций внесли А.И. Бедов, В.М. Бондаренко, СВ. Бондаренко, А.П. Васильев, А.А. Гвоздев, В.В. Гранев, А.Г. Гиндоян, А.С. Залесов, В.А. Кайменко, В.А. Клевцов, Э.Н. Кодыш, А.Н. Мамин, Н.М. Онуфриев, Т.М. Пецольд, А.И. Попеско, Б.С. Попович, А.Г. Ройтман, Р.С. Санжаровский, Г.М. Спрыгин, Н.Н. Трёкин, В.Б. Филатов, Е.Р. Хило и др. Однако количественная оценка влияния нарушения сцепления арматуры с бетоном (из-за коррозии рабочей арматуры) на прочность и деформативность изгибаемых железобетонных элементов, выявлена недостаточно полно. В действующем СНиП 52-01-2003 отсутствует экспериментальная методика определения несущей способности и жесткости конструкций с нарушенным сцеплением арматуры с бетоном. Обзор экспериментальных и теоретических исследований показал, что отсутствие сцепления может снижать прочность, а также всегда снижает трещиностойкость и увеличивает деформативность. Практически все экспериментальные данные получены на моделях железобетонных конструкций с прямоугольным сечением, средним процентом армирования и искусственно нарушенным сцеплением, которые не полностью соответствуют конструкциям с дефектами, полученными в ходе эксплуатации, тогда как автором выявлено, что наибольшее количество зафиксированных дефектов встречаются в железобетонных плитах покрытий и перекрытий имеющих малый процент армирования.
Целью работы является исследование механизма влияния нарушения сцепления арматуры с бетоном на прочность железобетонных ребристых плит, разработка методики определения фактической несущей способности и жесткости, а также оценка эффективности усиления поврежденных плит установкой предварительно напряженных затяжек в растянутой зоне.
В соответствии с целью работы решались следующие задачи:
- экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния ребристых плит при нарушенном сцеплении арматуры с бетоном, определение опытных значений влияния повреждений на несущую способность и жесткость ребристых плит;
- оценка применимости современных методов расчета жесткости и несущей способности ребристых плит при указанных выше повреждениях;
- разработка методики поверочного расчета прочности и жесткости нормальных сечений эксплуатируемых ребристых плит с частичным и полным нарушением сцепления арматуры с бетоном;
- экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния поврежденных ребристых плит после усиления их под нагрузкой предварительно напряженными затяжками в растянутой зоне; - разработка рекомендаций по расчету несущей способности и жесткости ребристых плит при нарушенном сцеплении арматуры с бетоном.
- оценка эффективности усиления ребристых плит при установке предварительно напряженных затяжек в растянутую зону по полученному автором патенту № 2321710.
Методика исследований включает:
- натурные обследования зданий и сооружений (850 объектов по Кировской области на основе данных отчетов обследования) с целью выявления распространенности и уровня различных повреждений по конструкциям;
- комплексное изучение отечественного и зарубежного опыта по определению несущей способности и жесткости поврежденных конструкций до и после усиления;
- экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния поврежденных ребристых плит и определение опытных значений влияния повреждений на несущую способность и жесткость;
- экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния поврежденных ребристых плит, усиленных установкой напряженных затяжек и определение эффективности данного метода усиления;
- анализ влияния повреждений (по полученным экспериментальным данным) на несущую способность и жесткость ребристых плит;
- разработку методики и рекомендаций по определению фактической прочности и жесткости поврежденных ребристых плит.
Научная новизна работы. Установлено, что несущая способность ребристых плит, в зависимости от протяженности и степени повреждения (продольные коррозионные трещины, обрушение защитного слоя), снижается на 10-25%, а жесткость в 1,5- -2 раза по сравнению с контрольным образцом. Построена аналитическая зависимость изменения несущей способности и жесткости плит от степени повреждения и протяженности дефекта. Предложена методика определения несущей способности и жесткости поврежденных плит. Подтверждена эффективность применения методики усиления ребристых плит установкой затяжек в растянутую зону без применения сварочных работ (патент на изобретение № 2321710 от 24.04.2006).
Практическое значение диссертации заключается в разработке методики определения несущей способности и жесткости ребристых плит с учетом величины и степени повреждения. Внедрение методики позволит эффективно определять текущее состояние поврежденных плит и рационально использовать строительные материалы при их усилении.
На защиту выносятся:
1. Результаты экспериментальных исследований изменения прочности и жесткости ребристых плит с нарушением сцепления арматуры с бетоном.
2. Результаты экспериментальных исследований по усилению ребристых плит установкой затяжек в растянутую зону (патент на изобретение №2321710).
3. Методика определения несущей способности и жесткости ребристых плит с нарушением сцепления арматуры с бетоном, впервые позволяющая учитывать величину и степень повреждения.
Результаты диссертации внедрены при обследованиях и разработке проектов усиления плит покрытий и перекрытий следующих промышленных объектов:
- Главный корпус ТЦ «Глобус» бывшего Авторемзавода в г. Кирове по ул. Воровского 135;
- Цеха завода «БСИ-3», расположенные в г. Кирово-Чепецке.
Апробация работы и публикации.
Материалы диссертации докладывались и были опубликованы в материалах:
- Всероссийской ежегодной научно-технической конференции "Наука-производство-технология-экология", Киров, 2005г.
- Всероссийской ежегодной научно-технической конференции "Наука-производство-технология-экология", Киров, 2006г.
- Научно-технической конференции, посвященной 45-летию «ЦНИИПромзданий», Москва, 2006г. - Всероссийской ежегодной научно-технической конференции "Наука производство-технология-экология", Киров, 2007г.
По материалам диссертации получено два патента на изобретение:
- № 2321709 (RU 2321709 С2 E04G 23/02). Устройство для усиления ребристой плиты / Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н., Чаганов А.Б. (М., ОАО ЦНИИПпромзданий). - №2006113573/03; Заявл. 24.04.2006 //Изобретения (заявки и патенты). - 10.04.2008. Бюл. №10
- № 2321710 (RU 2321710 С2 E04G 23/02). Устройство для усиления сборных ребристых плит / Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н., Чаганов А.Б. (М., ОАО ЦНИИПпромзданий). - №2006113574/03; Заявл. 24.04.2006 //Изобретения (заявки и патенты). - 10.04.2008. Бюл. №10
Основные положения диссертации опубликованы в 8 научных статьях, в том числе 1 публикация в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 110 наименований - на 158 страницах, в том числе 22 таблицы и 82 рисунка, 5 приложений на 91 страницах. Всего 249страниц.
Диссертация выполнена в Центральном научно-исследовательском и проектно-экспериментальном институте промышленных зданий и сооружений (ОАО ЦНИИПромзданий ) под руководством д.т.н., профессора Э.Н. Кодыша.
Характерные дефекты железобетонных конструкций на примере Кировской области
Ниже мы рассматриваем только дефекты сборных железобетонных конструкций, как преобладающих по количеству и степени повреждений в таких категориях как аварийное, недопустимое и ограниченно работоспособное состояние.
На основании отчетов проектных институтов и строительных фирм города Кирова в период с 1994 по 2004г составлено Приложение 1, содержащее выдержки с описанием дефектов сборных железобетонных конструкций.
Анализ дефектов, собранных в Приложении 1, позволяет сделать выводы по количественному и качественному распределению дефектов в сборных железобетонных конструкциях - таблица 1.2. Так в сборных железобетонных плитах дефекты присутствовали на 90% обследованных зданий и сооружений, в сборных железобетонных стропильных и-подстропильных фермах, балках и ригелях дефекты присутствовали на 20% объектов, в сборных колоннах на 16% объектов. В обследованных зданиях в 40% случаев были применены железобетонные плиты без предварительного напряжения.
Большинство дефектов обнаружено в зонах протечек кровли. Данные дефекты связаны с коррозией арматуры и наиболее подвержены им ребристые плиты покрытий и перекрытий. Соответственно основной причиной возникновения дефектов железобетонных конструкций в Кировской области является процесс воздействия атмосферной влаги с учетом сезонного изменения температуры, возникающий из-за неудовлетворительного состояния гидроизоляционного ковра покрытия, что часто бывает вызвано отсутствием контроля и надзора за состоянием элементов зданий и сооружений со стороны эксплуатирующих организаций.
Также следует отметить низкие эксплуатационные качества совмещенных покрытий с неорганизованным отводом воды, которые оказывают значительное влияние на возникновение повреждений конструкций.
При эксплуатации покрытий в зимнее время на совмещенных покрытиях при определенных климатических условиях имеет место так называемый эффект "снежной шубы", т.е. снеговой покров на крыше выполняет функцию теплоизоляционного слоя, положительная температура возникает на поверхности кровли и происходит подтаивание снега. Вода, следуя по скату, замерзает на карнизе, образуя наледи. Образование льда является причиной разрывов гидроизоляционного ковра и проникновения влаги внутрь гидроизоляционного ковра. Происходит замачивание утеплителя, плит покрытия, стен. Увлажнение материалов приводит к снижению их теплотехнических характеристик и, как следствие, к образованию конденсата на поверхности плит покрытия, коррозии арматуры железобетона, растрескиванию наружных слоев кирпичной кладки. Описанный дефект совмещенных покрытий характерен в районах с устойчивым снеговым, покровом.
Производственная среда многих промышленных предприятий Кировской области характеризуется высокой влажностью воздуха, а в ряде случаев и наличием агрессивных газов - это здания ТЭЦ, водоочистные сооружения, цеха молочных заводов и заводы железобетонных изделий, цеха гальваники и т.д. Восстановление изолирующих свойств кровель зачастую производится без снятия слоев и поэтому является мало эффективным, при этом уровень постоянной нагрузки увеличивается.
Таким образом, плиты покрытий и перекрытий в период эксплуатации получают наибольшее число дефектов, приведенных в таблице 1.3, составленной на основе приложения 1.
Из наиболее распространенных дефектов следует отметить следующие (таблица 1.3): - коррозия рабочей арматуры с образованием продольных коррозионных трещин или обрушением защитного слоя бетона; - сколы бетона и продавливание полки; - нормальные трещины в растянутой зоне; - шелушение поверхности бетона; - сколы защитного слоя бетона; - нормальные трещины в сжатой зоне; - наклонные трещины у опор.
Анализ результатов обследований гражданских и промышленных зданий по Кировской области (всего более 560 объектов с наличием повреждений), возведенных с использованием сборных и монолитных железобетонных элементов позволяет сделать ряд выводов:
1. Основной причиной возникновения дефектов в конструкциях является несоблюдение норм и требований по их эксплуатации, а также недоучет климатических и производственных воздействий.
2. Часть дефектов является следствием нарушений технологии в до эксплуатационной стадии, т.е. при изготовлении, транспортировании и монтаже.
3. При проектировании в недостаточной степени учитывалось влияние агрессивной среды, влажности, а также был ослаблен авторский надзор, что отрицательно сказалось не только при возведении зданий и сооружений, но и в ряде случаев приводило к необходимости вторичного усиления.
4. Строительные организации при ослабленном влиянии технического надзора заказчика часто пренебрегают входным контролем поступающих материалов и изделий, допускают значительные нарушения при монтаже: отклонения от допусков; некачественная антикоррозионная защита и т.п.
Усиление изгибаемых железобетонных элементов напряженной арматурой
Необходимость усиления железобетонных плит можно подразделить на два случая: - восстановление несущей способности и жесткости конструкций; - увеличение несущей способности и жесткости конструкций.
Как правило, восстановление несущей способности и жесткости изгибаемых железобетонных элементов обусловлено дефектами конструкций, которые являются причинами снижения прочности и эксплуатационных качеств строительных конструкций, вследствие появления дефектов описанных в главе 1.
В ряде случаев необходимо увеличение несущей способности неповрежденных конструкций для дальнейшей эксплуатации. Необходимость увеличения прочности и жесткости железобетонных плит покрытий и перекрытий вызывается различными факторами, такими как: - увеличение нагрузки на перекрытия при реконструкциях, ремонтах, модернизации технологий; - ошибки при проектировании и монтаже, в результате которых на практике применены конструкции с меньшей несущей способностью; - неправильная эксплуатация зданий, являющаяся причиной увеличения постоянной нагрузки (ремонт полов и кровель без разбора старых слоев и др.); - отклонение геометрических размеров сечений от проектных.
Усиление конструкций покрытий и перекрытий достаточно дорогое и трудоемкое мероприятие. В ряде случаев1 дальнейшую надежную эксплуатацию, возможно обеспечить без усиления путем изменений условий их работы: уменьшением постоянных и временных нагрузок (например, заменой тяжелых утеплителей, кровельных настилов; уменьшением вибрации путем применения эффективной виброизоляции и.т.д. При невозможности обеспечения надежной работы конструкций, покрытия или перекрытия изменением условий их эксплуатации для восстановления проектных эксплуатационных свойств, а также для их повышения их по сравнению с проектными, выполняется усиление конструкций.
Обобщение традиционных типовых решений по усилению плит покрытий и перекрытий позволяет разделить их на следующие группы: - выполнение инъекций, включая штукатурку и торкретирование; - увеличение сечений конструктивных элементов; - дополнительные конструкции усилений - обоймы, шпонки, пояса, затяжки и т.д.; - изменение схемы передачи нагрузок; Также, возможна замена конструкций.
Выбор унифицированного решения обычно затрудняется разнотипностью существующих конструктивных схем реконструируемых объектов, подлежащих восстановлению. Однако эти трудности можно преодолеть путем систематизации основных принципов восстановления однородных конструкций и разработки рациональных решений по их усилению на базе использования достижений современной строительной науки и техники.
Известные методы усиления железобетонных ребристых плит для облегчения выбора в конкретных условиях наиболее эффективного, условно классифицированы, исходя из предполагаемой схемы разрушения конструкции, подлежащей усилению. Классификация методов усиления приведена на рисунке 2.1.
Большинство описанных ниже способов усиления не позволяет устранить причины повреждений, однако разработаны некоторые способы, например железобетонная "рубашка", ликвидирующие-причины образования дефектов. Перед усилением необходимо выявит причины образования повреждений с целью исключения их повторений.
Усиление железобетонных сборных ребристых плит с увеличением несущей способности и жесткости эффективно может быть выполнено с применением многочисленных приемов и способов отображенных на рисунке 2.1, предложенных и описанных в работах Г.Г. Абрамяна, А.И. Бедова, СВ. Бондаренко, Р.С. Санжаровского, В.Ф. Сапрыкина, И.М. Литвинова, И.В: Малышева, Н. М. Онуфриева, А.Г. Ройтмана, Д.Н. Рожина, Е.Р. Хило, Б.С. Поповича, Т.М. Пецольда, Д.Н. Лазовского, А.В Яшина и др. [1, 5, 6, 9; 35, 46, 47, 49, 54, 56; 58, 62, 64, 78, 93, 98, ПО], а также в различных рекомендациях по усилению конструкций зданий и сооружениш [70, 72, 73, и др.], а именно: - наращиванием сечений по сжатой и растянутой зонам (устройство «рубашек», «обойм»), с использованием железобетонных или полимерных составов; - усилением нормальных и наклонных сечений путем приклеивания углеродных бинтов, металлических пластин, а также стеклопластика в растянутой зоне и по боковым граням; - устройством дополнительных опор; - разгружением конструкций с передачей нагрузки на другие элементы; - устройством металлических поддерживающих элементов (подкосов, кронштейнов, тяжей, поясов); - включением в совместную работу отдельных конструктивных элементов; - изменением первоначальной статической и расчетной схемы конструкций (изменение места передачи нагрузки на конструкцию, введение дополнительных связей, устройство затяжек,, распорок, шпренгелей, шарнирно-стержневых цепей)
Конструкция испытательной установки и методика проведения испытаний
Для выполнения поставленной цели было запланировано провести экспериментальные исследования отобранных образцов из 5 плит с характерными дефектами в продольных ребрах и одной целой контрольной плиты, изготовленных по серии ПК-01-106 на одном заводе ЖБК. Плиты были сняты с покрытия здания и имели следующие дефекты и повреждения (рисунок 3.1):
- Ш - продольные коррозионные трещины в ребрах шириной раскрытия до 1мм, разрушенный защитный слой (толщина защитного слоя - 10мм). Толщина продуктов коррозии рабочей арматуры составляла 0,5мм. В поперечных ребрах присутствуют коррозионные трещины шириной раскрытия 1-К2мм. Схема расположения дефектов показана на рис. 3.1;
- П2 - продольные коррозионные трещины в ребрах шириной раскрытия до 3 мм, разрушенный защитный слой (толщина защитного слоя 15мм). Толщина продуктов коррозии рабочей арматуры составляла 0,5мм. В поперечных ребрах присутствуют коррозионные трещины шириной раскрытия 1-К2мм. Схема расположения дефектов показана на рис. 3.1;
- ПЗ - продольные коррозионные трещины в ребрах шириной раскрытия до 1 мм, разрушенный защитный слой (толщина защитного слоя 15мм). Толщина продуктов коррозии рабочей арматуры составляла 0,5-К2мм. Схема расположения дефектов показана на рис. 3.1;
- П4 - продольные коррозионные трещины в ребрах шириной раскрытия до 4 мм, разрушенный защитный слой (толщина защитного слоя 15мм). Толщина продуктов коррозии рабочей арматуры составляла 0,5- -2 мм. Схема расположения дефектов показана на рис. 3.1;
- П5 - дефекты отсутствуют;
- П6 - продольные коррозионные трещины в ребрах шириной раскрытия до 3 - 5мм, разрушенный защитный слой (толщина защитного слоя 15мм). Толщина продуктов коррозии рабочей арматуры в зоне разрушенного защитного слоя достигала 5 мм.
Ребристые плиты с маркировкой ПКЖ-4 были изготовлены по серии ПК-01-106 [82]. В соответствии с серией: - рабочая арматура - в каждом ребре стержень класса АН диаметром 20мм; - поперечная арматура класса AI диаметром 8мм с шагом в опорной зоне 100мм, в пролете 200мм; - бетон марки не ниже М200; - максимальная расчетная равномерно-распределенная нагрузка (включая нагрузку от собственного веса плиты с заливкой швов, равную 192 кг/м ) 660кг/м2; - контрольная разрушающая равномерно распределенная нагрузка (без учета собственного веса плиты равного 160кг/м ) — 760кг/м ; - нормативная равномерно распределенная нагрузка (без учета собственного веса плиты) 370 кг/м, величина допустимого прогиба при нормативной нагрузке 12мм.
По результатам инструментального обследования плит было установлено полное соответствие отобранных плит техническим требованиям серии [82].
Определение основных характеристик механических свойств материалов, опытных образцов включало: - испытание на растяжение арматурной стали вырезанной из аналогичных контрольных плит снятых с покрытия того же здания; - испытание на сжатие бетонных кубов размером 7см, вырезанных из продольных ребер контрольных и испытываемых плит (после испытания). - измерение прочности бетона каждой плиты методом ударного импульса по ГОСТ 22690 [24] прибором ИПС-МГ4.
Физико-механические характеристики рабочей арматуры определялись по результатам испытания на разрывной машине Р-5 (ГОСТ 7855-74) с построением диаграмм деформирования. Всего было испытано 6 образцов рабочей арматуры, Испытания проведены в соответствии с ГОСТ 12004-81 [23].
Для определения прочности бетона испытывались кубы 70x70x70 (всего вырезано 9 образцов) в соответствии с требованиями [25] на прессе ПСУ-50, вырезанные из продольных ребер плит, а также проводилось измерение прочности бетона каждой плиты методом ударного импульса по ГОСТ 22690 [24] прибором ИПС-МГ4.
Усредненные значения физико-механических характеристик бетона по результатам испытаний соответствуют бетону класса В20 и приведены в таблице 3.3.
Испытание всех плит проводилось на специально изготовленном стенде в соответствии с рекомендациями ГОСТ8829-94 «Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости» и «Рекомендациями по испытанию и оценке прочности, жесткости и трещиностойкости опытных образцов железобетонных конструкций»[26, 71].
Испытания плит производились при положительной температуре (не ниже +10С). Колебания температуры окружающего воздуха во время испытаний не превышала 5С, а влажность воздуха находилась в пределах 55-65%. Плиты испытывались в рабочем положении, с опиранием каждой плиты на шарнирно подвижные и неподвижные динамометрические опоры, изготовленные в соответствии с требованиями ГОСТ8829-94 [26]. Шарнирно подвижная опора осуществлена в виде стального катка диаметром 80мм, уложенного между двумя стальными пластинами. Длина верхней опорной плиты соответствовала ширине опорной части испытываемой конструкции (80мм), а ширина - не более проектной длины опирання - 90мм. Шарнирно неподвижная опора выполнена аналогично, но с приваркой катка к нижней пластине. Стенд для проведения испытаний показан на рисунке.3.2.
Конструкция испытательной установки и методика проведения испытаний
Испытание всех плит проводилось на специально изготовленном стенде в соответствии с рекомендациями ГОСТ8 829-94 «Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости» и «Рекомендациями по испытанию и оценке прочности, жесткости и трещиностойкости опытных образцов железобетонных конструкций»[26,71]. Испытания плит производились при положительной температуре (не ниже +10С). Колебания температуры окружающего воздуха во время испытаний не превышала 5С, а влажность воздуха находилась в пределах 55-65%. Плиты испытывались в рабочем положении, с опиранием каждой плиты на шарнирно подвижные и неподвижные опоры, изготовленные в соответствии с требованиями ГОСТ8829-94 [26]. Описание конструкции стенда приведены в п.3.3.
Нагружение плит производилось равномерно распределенной нагрузкой (рисунок 3.1) с помощью штучных грузов (цементно-песчаные блоки с размерами 390x390x190мм и массой 19,5 кг каждый). Значения поэтапной нагрузки принимались равными 11% (84,5кг/м) от теоретической разрушающей (760кг/м без учета-собственного веса плиты). Ступени і нагрузки были подобраны таким образом, чтобы получить нормативные и расчетные, а также контрольные разрушающие нагрузки, определяемые-по ГОСТ 8829-94 для плиты без повреждений» и учета усиления. Выдержка нагрузки на каждой ступени-составляла не менее 30 минут.
На первом этапе производилось загружение всех образцов в нег.усиленном состоянии до нагрузки, соответствующей эксплуатационному уровню 60-80% от расчетной. Данный диапазон уровня нагружения выбран как наиболее вероятный для конструкций, усиливаемых под нагрузкой. Перед загружением первой ступени затяжки были смонтированы на плиты, но находились в ненапряженном состоянии. При нагружении образцов нагрузкой, 1 этапа іна каждой ступени нагружения визуально фиксировалось образование и развитие трещин. Ширина их раскрытия измерялась при помощи микроскопа МПБ-2 с ценой деления 0,05мм.
Прогибы плит и перемещения опор измерялись индикаторами часового типа с ценой деления 0,01мм. Индикаторы для определения прогибов устанавливались на опорах, в третях пролета и по середине каждого продольного ребра плиты. Схема установки индикаторов показана рисунке 4.3, общий вид стенда показан на рисунке 4.5.
Деформации арматуры измерялись с помощью тензометров Аистова типа ТА-2 установленных, с помощью типового крепежа, на арматурные стержни на базе 50мм.
Деформации бетона измерялись тензорезисторами с базой 50мм, установленными по высоте предполагаемой сжатой зоны на боковых гранях ребер плиты. Поверхность ребер плиты для наклейки тензорезисторов тщательно подготавливалась. Также для измерения деформаций сжатого бетона на полку плиты устанавливались тензометры Аистова типа ТА-2 с базой 200мм.
При работе с тензометрами был использован тензометрический регистратор ТЕРЕМ-4 на 40 каналов с одновременным считыванием данных с каждого канала. За нулевые отсчеты приборов принимались отсчеты с учетом собственного веса плит. Предварительно были проведены испытания контрольных образцов для градуирования тензорезисторов. В качестве контрольных образцов были использованы призмы, деформации бетона которых одновременно измерялись тензорезисторами и индикаторами часового типа с ценой деления 0,001мм, установленными на базе 200мм. Призмы находились в условиях одноосного сжатия. Схема установки тензорезисторов и тензометров показана на рисунке 4.4.
На каждой ступени нагружения фиксировались показания приборов, а также развитие и образование трещин.
На втором этапе эксперимента было произведено усиление опытных конструкций напряженными затяжками, в соответствии со схемой на рисунке 4.6, без разгрузки и дальнейшее нагружение конструкций до разрушения. Перед включением в работу затяжек произведена выборка люфтов и провисаний посредством гаек, расположенных по концам стержней затяжек и подтяжка элементов крепления (рисунок 4.6). Создание в элементах затяжек предварительного напряжения обеспечивалось путем последующего затягивания гаек, расположенных по концам стержней затяжек. Контроль натяжения производился по показаниям установленных на стержни затяжек тензометрам. Нагрузка прикладывалась на плиты ступенями аналогичными по величине ступеням первого этапа. На каждой ступени нагружения, включая натяжение затяжек, фиксировались показания приборов, а также развитие и образование трещин.
Похожие диссертации на Прочность и жесткость железобетонных ребристых плит с нарушением сцепления арматуры с бетоном
