Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 12
1.1. Сборные и сборно-монолитные каркасные конструкции в отечественном строительстве
1.2. Сборные и сборно-монолитные каркасные конструкции в зарубежном строительстве
1.3. Классификация сборно-монолитных конструкций 51
1.4. Нормативные подходы России и США по расчету сборно-монолитных конструкций по предельным состояниям
1.5 Выводы 65
Глава 2. Метод расчета сборно-монолитных каркасных систем с плоскими плитами и скрытыми ригелями 66
2.1. Основные предпосылки расчетного метода 66
2.2. Основные принципы построения расчетной модели 70
2.3. Учет нелинейной работы каркаса 101
2.4. Выводы 113
Глава 3. Сопоставление экспериментальных данных по многопустотным плитам с результатами расчета КЭМ 115
3.1. Методика проведения анализа 115
3.2. Конструкции опытных образцов 117
3.3. Изготовление опытных образцов 119
3.4. Физико-механические характеристики опытных образцов 121
3.5. Методика проведения испытаний опытных многопустотных плит перекрытий 124
3.6. Сравнительный анализ результатов расчета многопустотных плит с экспериментальными данными 128
3.7. Выводы 134
Глава 4. Сопоставление метода расчета сборно-монолитного каркаса с экспериментальными данными 135
4.1. Методика проведения анализа 135
4.2. Описание фрагмента сборно-монолитного натурного каркаса, испытанного БелНИИС'ом 137
4.3. Методика испытаний сборно-монолитного каркаса 146
4.4. Расчетная схема экспериментального сборно-монолитного каркаса 150
4.5. Основные результаты испытаний экспериментального каркаса 154
4.5.1. Оценка прочности и характер разрушения 154
4.5.2. Оценка жесткости и перемещения 163
4.5.3.Оценка трещиностойкости 166
4.5.4 .Дополнительные данные по результатам испытаний 169
4.6. Расчет фрагмента каркаса и сравнение с результатами эксперимента
4.7. Влияние распора на напряженно-деформированное состояние плит сборно-монолитного каркаса
4.8. Характер и схема работы монолитного несущего ригеля 195
4.9. Выводы 198
Общие выводы 200
Список литературы
- Сборные и сборно-монолитные каркасные конструкции в зарубежном строительстве
- Основные принципы построения расчетной модели
- Физико-механические характеристики опытных образцов
- Методика испытаний сборно-монолитного каркаса
Введение к работе
В 30-е годы прошлого века железобетон преимущественно применялся в промышленном и гидротехническом строительстве. Веским аргументом в пользу железобетона явилась большая огнестойкость конструкций, выполненных в железобетоне, по сравнению с конструкциями из других материалов, а также коррозионная стойкость. Для тех лет было характерно использование монолитного железобетона. В последующие годы область применения железобетона расширилась. В 50-е годы в нашей стране началось широкое применение сборного железобетона и внедрение его в самые различные отрасли строительства. Дальнейшее развитие строительной индустрии в нашей стране пошло именно в направлении сборных железобетонных конструкций, и монолитное строительство отошло на задний план.
Спустя три десятилетия незаслуженно забытый монолитный железобетон начал возвращаться в строительство, причем такие его преимущества, как возможность свободной планировки и большая архитектурная выразительность зданий в монолитном исполнении, определили область его применения в гражданском строительстве. В 1987 г ЦНИИПжилища была разработана научно-техническая программа по дальнейшему совершенствованию монолитного домостроения, которая затем переросла в комплексную программу «Монолит-90». В настоящее время практика возведения зданий из монолитного железобетона широко распространена и объемы монолитного домостроения неуклонно растут. Так в 1999г. в г. Москве доля монолитного домостроения составила 25% от общего объема строительства жилых и общественных зданий, а в 2000 г. уже 50% [51].
Это связанно с тем, что сложившаяся к настоящему времени экономическая ситуация в стране требует сокращения в строительном производстве удельного расхода материальных и энергетических ресурсов за счет рационального их использования. С другой стороны, имеется постоянная потребность общества существенно наращивать темпы и объемы ввода жилья и объектов соцкультбыта. Выдвигаются новые более жесткие требования к архитектурной выразительности зданий, комфортности жилья, его стоимости. На передний план выдвигаются также требования экономичности эксплуатации, снижение затрат на энергообеспечение, последующий ремонт и модернизацию жилья.
Применяемые в стране системы гражданских зданий, особенно выполняемые в крупнопанельных элементах, отличаются простотой, высоким уровнем заводской готовности и достаточно высоким темпом возведения. Однако, крупнопанельное домостроение в традиционном исполнении для создания гибкой конструктивной системы зданий непригодно. Оно характеризуется большой материалоемкостью, не обеспечивает разнообразия архитектурно-конструкторских и объемно-планировочных решений.
Монолитное домостроение открывает возможность создания свободных планировок помещений с большими пролетами за счет перехода к неразрезным пространственным системам.
Другим преимуществом данной технологии является возможность создания практически любых криволинейных форм, что также расширяет спектр решений при создании уникальных архитектурных образов зданий.
Конструкции, выполненные по монолитной технологии, практически не имеют швов, вследствие этого не возникает проблем со стыками и с их герметизацией, также повышаются их теплотехнические и изоляционные свойства.
При всех достоинствах монолитного домостроения данная технология не лишена и некоторых недостатков.
Производственный цикл в данном случае переносится на строительную площадку под открытым небом, а это значит, что дождь, снег, ветер, жара и холод будут создавать дополнительные трудности в производстве монолитных конструктивных элементов, увеличивая сроки строительства.
Особые сложности возникают при бетонировании в зимних условиях. Главная проблема состоит в замерзании несвязанной воды затворения в начальный период структурообразования бетона, в результате чего в конструкциях появляются дефекты и повреждения.
Наиболее рационально сочетаются положительные качества двух строительных систем в сборно-монолитных конструкциях. Особенно эффективны системы, основанные на применении ограниченной номенклатуры сборных изделий простейшей конструктивной формы (колонн прямоугольного сечения, многопустотных плит перекрытий т.п.). Внедрение таких систем в практику строительства требует минимальных капиталовложений в базу стройиндустрии.
Среди возможных вариантов выделяется новая конструктивная система РАДИУСС, разработанная институтом ИНРЕКОН и успешно применяемая в ряде регионов, а также система АРКОС разработанная БелНИИС ом.
Однако наиболее привлекательная модификация этих систем с плоскими плитами не получила достаточно широкого применения в связи с отсутствием практических рекомендаций по расчету и конструированию элементов, условия работы которых изучены в недостаточно полном объеме.
Таким образом, возникла необходимость разработки метода расчета, позволяющего исследовать напряженно-деформированное состояние, прочность и трещиностойкость каркаса в целом. Актуальность выбранной темы работы. Как выше отмечено, новые сборно-монолитные конструкции являются перспективными.
Одна из наиболее рациональных областей строительства для применения сборно-монолитных конструкций - это гражданское домостроение. Строительство с применением новых сборно-монолитных конструкций позволит сократить сроки строительства, уменьшив при этом трудозатраты и себестоимость. Использование предварительно напряженных конструкций в сборно-монолитном строительстве уменьшает расход стали, которая является самым дорогим материалом в железобетоне. Также при применении заводских изделий улучшается качество и надежность строительства, но при этом сохраняется свобода планировки помещений, что является положительным качеством монолитного домостроения. Применение сборных элементов уменьшит количество дефектов, свойственных монолитному строительству. Сборно-монолитные конструкции позволят исключить недостатки сборных конструкций, которые не позволяют создавать сложные здания в плане из-за ограниченности набора элементов.
Широкое внедрение сборно-монолитных конструктивных систем с плоскими плитами и скрытыми ригелями (РАДИУСС, АРКОС) затруднено в силу их малой изученности, недостатка экспериментальных данных и, как следствие, практически полного отсутствия нормативно-технической базы для проектирования. Уже первые исследования данных сборно-монолитных систем [4] показали всю сложность решения задач по оценке напряженно-деформированного состояния. В настоящей работе предпринята попытка решения комплексной проблемы по расчету сборно-монолитных каркасных систем с плоскими плитами и скрытыми ригелями.
Результаты работы не только внесут вклад в формирование общей теории сборно-монолитных конструктивных систем с плоскими плитами и скрытыми ригелями, но и позволят решить целый ряд прикладных задач, связанных с разработкой и проектированием новых эффективных сборно-монолитных конструкций для строительства, что позволит снизить материалоемкость и одновременно повысить надежность зданий и сооружений.
Цель диссертационной работы. Приведенные выше положения предопределили основную цель настоящей работы — разработать метод расчета сборно-монолитных каркасных систем с плоскими плитами и скрытыми ригелями, удовлетворяющий всем современным требованиям и нормам.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.
• Выявить особенности взаимодействия конструктивных элементов в сборно-монолитных конструктивных системах с плоскими плитами и скрытыми ригелями.
• Разработать конечно-элементную модель (КЭМ) для каждого элемента сборно-монолитного каркаса с плоскими плитами и скрытыми ригелями с учетом возможности объединения их в единую систему.
• Разработать систему связей, обеспечивающих совместную работу элементов каркаса. Свойства связей КЭМ должны соответствовать свойствам соединений элементов в сборно-монолитном каркасе с плоскими плитами и скрытыми ригелями.
• Разработать метод расчета сборно-монолитных систем с плоскими плитами и скрытыми ригелями.
• Исследовать на основе разработанной КЭМ напряженно-деформированное состояние сборно-монолитного каркаса с плоскими плитами и скрытыми ригелями.
• Разработать предложения по оценке несущей способности стыка многопустотной плиты с несущим монолитным ригелем.
• Выполнить оценку погрешности предложенного метода путем сопоставления теоретических и экспериментальных результатов. На защиту выносятся.
• Рекомендации по определению жесткостных характеристик железобетонных элементов с учетом образования трещин и развития неупругих деформаций бетона и арматуры.
• Рекомендации по учету фактических жесткостных характеристик в элементах сборно-монолитного каркаса с плоскими плитами и скрытыми ригелями при расчете с использованием метода конечных элементов в формате разработанных программных комплексов.
• Разработанные конечно-элементные модели конструктивных элементов сборно-монолитных каркасных систем с плоскими плитами и скрытыми ригелями.
• Конечно-элементные (КЭ) модели связей, обеспечивающих взаимодействие между моделями конструктивных элементов систем.
• Методика учета исключения связей из работы каркаса.
• Расчетная модель сборно-монолитного каркаса с плоскими плитами и скрытыми ригелями, состоящая из КЭ моделей отдельных конструкций и связей.
• Анализ результатов натурных испытаний предварительно напряженных многопустотных плит перекрытий, шарнирно опертых по двум сторонам, и сопоставление их с известным теоретическим и предлагаемым методом расчета.
• Результаты расчета фрагмента сборно-монолитного каркаса с плоскими плитами и скрытыми ригелями с учетом нелинейной работы конструктивных элементов. Научную новизну и значимость полученных результатов работы составляет комплексное решение проблемы применения в строительстве сборно-монолитных каркасных систем с плоскими плитами и скрытыми ригелями, включающее в себя.
• Комплексный метод расчета сборно-монолитных каркасных систем с плоскими плитами и скрытыми ригелями, позволяющий определять усилия в элементах конструктивной системы и деформации (перемещения) как системы в целом, так и отдельных ее элементов, с использованием конечно-элементного метода расчета пространственных систем с применением жесткостных характеристик железобетонных элементов, учитывающих неупругие деформации и образование трещин.
• Впервые разработанную КЭ модель сборно-монолитного каркаса с плоскими плитами и скрытыми ригелями, которая учитывает все особенности работы каркаса и позволяет выполнять нелинейные расчеты. В модели учитывается распор, возникающий от деформации многопустотных плит, взаимосвязь между монолитными ригелями с плитами и наличие шва между плитами.
• Рекомендации по определению нелинейных жесткостных характеристик изгибаемых железобетонных элементов и их учет в статическом расчете сборно-монолитного каркаса с плоскими плитами и скрытыми ригелями с использованием современных программных комплексов.
Практическое значение работы заключается в том, что на основании разработанной модели каркаса возможно с высокой степенью надежности проектировать здания и сооружения с использованием сборно-монолитных систем с плоскими плитами перекрытия и скрытыми ригелями. Апробация работы. Материалы диссертации были опубликованы в двух печатных статьях.
Результаты исследований были доложены и одобрены на двух научных семинарах кафедры ЖБК МГСУ проведенных 31.01.2003г. и 25.05.2007г.
Диссертация состоит из четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего 69 наименований и содержит 219 страниц, в том числе 103 рисунков и 21 таблицу.
Работа выполнена в период с 2003 по 2008 год на кафедре железобетонных и каменных конструкций МГСУ под научным руководством доктора технических наук, профессора Л.Л. Оаныгоша
Автор выражает глубокую признательность сотрудникам БелНИИС Мордичу А.И. и Белевичу В.Н. за предоставление данных по испытаниям фрагментов и частей сборно-монолитного каркаса.
Сборные и сборно-монолитные каркасные конструкции в зарубежном строительстве
Передача нагрузки с плит перекрытий на колонны осуществляется с помощью монолитных межколонных ("ригельных") участков, поэтому узлы сопряжения всех элементов каркаса максимально упрощены, что является одним из наиболее характерных отличительных свойств системы. Поскольку высота монолитных ригельных участков совпадает с толщиной перекрытий, помещения имеют гладкие потолки, что существенно облегчает решение объемно-планировочных задач при проектировании любых типов зданий.
В монолитных ригельных участках устанавливается продольная арматура, обеспечивающая неразрезность перекрытий и воспринимающая растягивающую составляющую опорных и пролетных моментов, а в необходимых случаях — и поперечная арматура.
Система предполагает возможность применения в рамках единой
объемно-планировочной структуры разнообразных конкретных
конструктивных модификаций, выбор которых диктуется особенностями местных условий производства и строительства.
Важнейшими изменяемыми параметрами системы являются габариты и конструктивные решения плит перекрытий, а также стыки монолитных ригельных участков перекрытий с колоннами.
Поскольку каждая из вышеуказанных планировочных ячеек может перекрываться одной крупногабаритной плитой, упрощается монтажная оснастка, однако значительный вес таких плит требует достаточно мощного кранового оборудования. Поэтому система предусматривает дополнительные конструктивные варианты^ с облегченными малогабаритными монтажными элементами. В составе технической документации системы РАДИУСС предусмотрены два альтернативных варианта конструктивных решений плит - многопустотные толщиной 220 мм или сплошные толщиной 160 мм. Выбор
зо
конкретного варианта диктуется местными условиями производства (например, наличием действующего оборудования для выпуска многопустотных плит).
В качестве наиболее предпочтительных вариантов стыков ригельных участков перекрытий с колоннами следует рассматривать замоноличиваемые стыки с пропуском продольной арматуры через колонны, либо сварные стыки с помощью закладных деталей.
Любая конструктивная модификация системы РАДИУСС полностью обеспечивает потребности комплексного гражданского строительства и одновременно предоставляет проектировщику условия для реализации разнообразных объемно-планировочных решений, в том числе с размещением встроенных предприятий социального и культурно-бытового обслуживания в нижних этажах жилых зданий. Возможны многовариантные решения фасадов с балконами, лоджиями и эркерами, а также стеновых ограждений с применением всевозможных местных материалов.
Дополнительные возможности системы РАДИУСС таковы. Иногда, например, в зданиях с относительно крупными сетками опор (6x6 м или 6x7,2 м) при повышенных нагрузках на перекрытия может возникнуть необходимость усиления базовых конструктивных решений системы. В первую очередь это можно осуществить увеличением высоты ригельных участков путем набетонки в пределах толщины пола, сохраняя в помещениях гладкие потолки (рис. 1.13а). В некоторых особо редких проектных ситуациях высота ригельных участков может возрасти до 500...600 мм, что потребует применения выступающих под перекрытием сборных или монолитных ригелей (рис. 1.13б,в). Данное решение не противоречит, однако, архитектурным требованиям к зданиям такого типа (как правило, это крупные магазины).
Преимущество строительной системы РАДИУСС заключается в возможности организовать производство всех необходимых изделий в любом цехе, выпускающем железобетонные конструкции, а также в другом произ-
31
водственном помещении, имеющем необходимые размеры и габариты.
При этом используется общераспространенное технологическое
оборудование: формовочные машины, формы, виброплощадки, краны,
бункеры, камеры теплообработки и т.д. В районах с благоприятными кли
матическими условиями или при сезонном производстве строительных работ
конструкции можно изготавливать на открытом полигоне. В то же время
упрощенная технология не является обязательным условием для
внедрения данной строительной системы, и производство ее изделий может быть также организовано на основе самых передовых современных методов с максимальной автоматизацией технологических процессов.
Кроме того, малые объемы монолитного бетона и конструктивные особенности монолитных участков требуют применения на стройке чрезвычайно простой опалубки и несложных монтажных приспособлений.
Аналогичные решения сборно-монолитного каркаса представлены в серии Б1.0200.1-7[19,20,21,30,31,38]. 25 мая 1991 г. Совет министров БССР утвердил программу разработки новой конструктивный системы зданий на основе сборно-монолитного каркаса с плоскими дисками перекрытий. Требовалось не только обеспечить гибкие объемно-планировочные решения, снизить массу зданий в 1,7-2 раза, но и использовать традиционные сборные изделия и материалы. Технология возведения зданий должна быть скоростной и всепогодной, позволять применение в конструктивной системе и новых прогрессивных изделий и материалов. Основой для начала разработки послужили собственные технические решения и исследования БелНИИС, а также результаты анализа обширных исследований НИИЖБ, МИСИ, ЦНИИЭПжилища и др. На всех стадиях разработки и практического применения технические решения и результаты экспериментально-теоретических исследований БелНИИСа подвергались неоднократной экспертизе в НИИЖБ и ЦНИИЭПжилища. Для выработки и проверки расчетной модели, оценки надежности каркаса наряду с испытаниями в соответствии с ГОСТ 8829-94 его фрагментов и важнейших узлов в натурных
Основные принципы построения расчетной модели
Передача нагрузки с плит перекрытий на колонны осуществляется с помощью монолитных межколонных ("ригельных") участков, поэтому узлы сопряжения всех элементов каркаса максимально упрощены, что является одним из наиболее характерных отличительных свойств системы. Поскольку высота монолитных ригельных участков совпадает с толщиной перекрытий, помещения имеют гладкие потолки, что существенно облегчает решение объемно-планировочных задач при проектировании любых типов зданий.
В монолитных ригельных участках устанавливается продольная арматура, обеспечивающая неразрезность перекрытий и воспринимающая растягивающую составляющую опорных и пролетных моментов, а в необходимых случаях — и поперечная арматура.
Система предполагает возможность применения в рамках единой объемно-планировочной структуры разнообразных конкретных конструктивных модификаций, выбор которых диктуется особенностями местных условий производства и строительства.
Важнейшими изменяемыми параметрами системы являются габариты и конструктивные решения плит перекрытий, а также стыки монолитных ригельных участков перекрытий с колоннами.
Поскольку каждая из вышеуказанных планировочных ячеек может перекрываться одной крупногабаритной плитой, упрощается монтажная оснастка, однако значительный вес таких плит требует достаточно мощного кранового оборудования. Поэтому система предусматривает дополнительные конструктивные варианты с облегченными малогабаритными монтажными элементами. В составе технической документации системы РАДИУСС предусмотрены два альтернативных варианта конструктивных решений плит - многопустотные толщиной 220 мм или сплошные толщиной 160 мм. Выбор зо конкретного варианта диктуется местными условиями производства (например, наличием действующего оборудования для выпуска многопустотных плит).
В качестве наиболее предпочтительных вариантов стыков ригельных участков перекрытий с колоннами следует рассматривать замоноличиваемые стыки с пропуском продольной арматуры через колонны, либо сварные стыки с помощью закладных деталей.
Любая конструктивная модификация системы РАДИУСС полностью обеспечивает потребности комплексного гражданского строительства и одновременно предоставляет проектировщику условия для реализации разнообразных объемно-планировочных решений, в том числе с размещением встроенных предприятий социального и культурно-бытового обслуживания в нижних этажах жилых зданий. Возможны многовариантные решения фасадов с балконами, лоджиями и эркерами, а также стеновых ограждений с применением всевозможных местных материалов.
Дополнительные возможности системы РАДИУСС таковы. Иногда, например, в зданиях с относительно крупными сетками опор (6x6 м или 6x7,2 м) при повышенных нагрузках на перекрытия может возникнуть необходимость усиления базовых конструктивных решений системы. В первую очередь это можно осуществить увеличением высоты ригельных участков путем набетонки в пределах толщины пола, сохраняя в помещениях гладкие потолки (рис. 1.13а). В некоторых особо редких проектных ситуациях высота ригельных участков может возрасти до 500...600 мм, что потребует применения выступающих под перекрытием сборных или монолитных ригелей (рис. 1.13б,в). Данное решение не противоречит, однако, архитектурным требованиям к зданиям такого типа (как правило, это крупные магазины).
Преимущество строительной системы РАДИУСС заключается в возможности организовать производство всех необходимых изделий в любом цехе, выпускающем железобетонные конструкции, а также в другом произ 31 водственном помещении, имеющем необходимые размеры и габариты.
При этом используется общераспространенное технологическое оборудование: формовочные машины, формы, виброплощадки, краны, бункеры, камеры теплообработки и т.д. В районах с благоприятными кли матическими условиями или при сезонном производстве строительных работ конструкции можно изготавливать на открытом полигоне. В то же время упрощенная технология не является обязательным условием для внедрения данной строительной системы, и производство ее изделий может быть также организовано на основе самых передовых современных методов с максимальной автоматизацией технологических процессов.
Кроме того, малые объемы монолитного бетона и конструктивные особенности монолитных участков требуют применения на стройке чрезвычайно простой опалубки и несложных монтажных приспособлений.
Аналогичные решения сборно-монолитного каркаса представлены в серии Б1.0200.1-7[19,20,21,30,31,38]. 25 мая 1991 г. Совет министров БССР утвердил программу разработки новой конструктивный системы зданий на основе сборно-монолитного каркаса с плоскими дисками перекрытий. Требовалось не только обеспечить гибкие объемно-планировочные решения, снизить массу зданий в 1,7-2 раза, но и использовать традиционные сборные изделия и материалы. Технология возведения зданий должна быть скоростной и всепогодной, позволять применение в конструктивной системе и новых прогрессивных изделий и материалов. Основой для начала разработки послужили собственные технические решения и исследования БелНИИС, а также результаты анализа обширных исследований НИИЖБ, МИСИ, ЦНИИЭПжилища и др. На всех стадиях разработки и практического применения технические решения и результаты экспериментально-теоретических исследований БелНИИСа подвергались неоднократной экспертизе в НИИЖБ и ЦНИИЭПжилища. Для выработки и проверки расчетной модели, оценки надежности каркаса наряду с испытаниями в соответствии с ГОСТ 8829-94 его фрагментов и важнейших узлов в натурных
Физико-механические характеристики опытных образцов
По результатам испытаний, проведенных заводом-изготовителем и заводской лабораторией №4 ГПКО «Железобетон» ТСО «Горькийстрой», прочностные характеристики напрягаемой арматуры 012AT-V несколько выше нормируемых значений. Результаты испытаний приведены в таблице 3.3.
Одновременно с опытными плитами изготавливались кубы размером 10x10x10см. Испытания кубов проводились в заводской лаборатории. По результатам испытания опытных кубов с использованием статической обработки определялась прочность бетона на день испытаний многопустотных плит. Прочностные характеристики бетона на день испытаний соответствовали проектному классу бетона В15. Класс бетона определяли по следующей формуле: B=Rm(l-l,64um3), (3.1) где Rm - среднее значение временного сопротивления бетона сжатию, установленное при испытании партии стандартных кубов; итзавода - коэффициент вариации прочности бетона в партии, завода _Q m . um m Rmj Sm - среднее квадратичное отклонение прочности бетона в партии. Первоначальное значение модуля деформации для расчета плит принималось по СП 52-101-2003 для класса бетона В15. Для расчета КЭМ необходимо также знать значение коэффициента поперечной деформации бетона, которое допускается принимать Vb.p =0,2 [53].
Все изготовленные опытные плиты были подвергнуты испытанию нагружением кратковременной статической нагрузкой. В данных экспериментах плита работала как шарнирно-опертая балка. Испытания проводились на заводах, перечисленных в п. 3.3 ив лаборатории кафедры ЖБК г. Мытищи. Для проведения испытаний было смонтировано несколько испытательных стендов.
1. На заводах стенд представлял собой основание из фундаментных блоков размером 1200x600x400 мм или из сварных металлических коробов с установленными на них шарнирно-подвижной и неподвижной опорами по всей ширине испытываемой плиты. Загружение опытных плит производилось бетонными грузами. Нагрузка от бетонных грузов передавалась на плиту через деревянные прокладки, прорезиненную транспортерную ленту толщиной 10мм или металлические пластины 80мм. Масса груза определялась образцовым динамометром и наносилась краской на поверхность блока до установки его на плиту.
2. В лаборатории кафедры ЖБК был смонтирован испытательный стенд, представляющий собой основание из металлических тумб с установленными на них шарнирно-подвижной и шарнирно-неподвижной опорами по всей ширине испытываемой плиты. Металлические пластины шириной 150мм, толщиной 12мм с уложенным на них раствором обеспечивали равномерное распределение нагрузки по контуру плиты. Загружение опытных плит производилось гидравлическими домкратами ДГ-25 с помощью насосной станции НСР-400 (рис. 3.2).
Прогиб панели под нагрузкой замерялся шестью прогибомерами ПМ-3 с ценой деления 0,1мм. Схема расположения приборов приведена на рис. 3.3.
Ширина раскрытия трещин контролировалась на уровне расположения продольной напрягаемой арматуры на боковой поверхности плиты переносным микроскопом МПР-2 с ценой деления 0,05мм.
Обработка результатов испытаний производилась на компьютере по специально разработанной программе, которая позволяет по фактически приложенной нагрузке определить эквивалентную равномерно распределенную нагрузку и построить графическую зависимость прогиба плит в середине пролета от эквивалентной нагрузки [9,10,24].
Сопоставление результатов расчета многопустотных плит с экспериментальными данными производилось по величине деформаций.
Для проведения численного эксперимента были созданы КЭМ плит согласно п. 2.2 настоящей работы. Модели создавались для каждой испытанной многопустотной плиты. Вводимые в расчет характеристики материала Еьь v p определялись по классу бетона В15, который указан в отчетах и заключениях по испытаниям многопустотных плит [9,10,24]. Значение модуля деформации бетона при непродолжительном действии нагрузки Еы определялось по формуле [53]: Еы=0,85Еь, (3-2 где Еъ - начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении; 0,85 — коэффициент, учитывающий влияние кратковременной ползучести бетона. Коэффициент поперечной деформации бетона допускается принимать Vb.p =0,2 [53].
Методика испытаний сборно-монолитного каркаса
Для испытаний фрагмента каркаса нагружением была принята методика испытаний по ГОСТ 8829-94 «Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления». Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости».
Соблюдение требований ГОСТ 8829-94 контролировали присутствовавшие на испытаниях консультанты ГАСН к.т.н. А.И. Демьянов и Госэкспертизы проектов Белгородской области к.т.н. П.В. Сапожников.
Испытания проводил отдел строительных конструкций БелНИИС. До начала нагружения в наиболее характерных сечениях и стыках фрагмента были установлены приборы для получения данных по общим перемещениям элементов перекрытия под нагрузкой, по деформациям арматуры и бетона в наиболее характерных сечениях и стыках элементов. Регистрация деформаций проводилась механическими приборами. Схема расстановки приборов представлена на рис. 4.7 и 4.8.
Регистрацию прогибов несущих, связевых ригелей и средних плит производили с использованием прогибомеров 6 ПАО с ценой деления 0,01 мм. Измерение деформаций по сжатой и растянутой граням диска перекрытия производили только в пролете с меньшей несущей способностью (6,6x4м) посредством индикаторов часового типа ИЧ-10, ИГМ с ценой деления соответственно 0,01 и 0,001 мм на базе 100...300 мм. Приборы были установлены на высоте 40...45мм над поверхностью конструкции. Контроль за появлением трещин в элементах каркаса и их стыковых сопряжениях осуществляли визуально, а также по приращениям замеренных деформаций под нагрузкой, а ширину раскрытия трещин в пролете измеряли посредством переносного микроскопа МПБ-2 с ценой деления 0,10 мм. Все примененные приборы оттарированы, прошли проверку в органе Госстандарта - УП БелГИМ (г.Минск) и имеют соответствующие аттестаты.
Испытания фрагмента каркаса осуществлялись поэтапным нагружением равномерно по обоим пролетам перекрытия вертикальной нагрузкой, примерно составляющей по 1/15 от ожидавшейся разрушающей нагрузки. На каждой ступени нагружения выдержка конструкции под нагрузкой составляла 15...20 мин. При уровнях нагрузки, соответствовавших контрольным по прогибам и раскрытию трещин (2-е предельное состояние), по прочности (1-е предельное состояние), а также при нагрузке gj = 12,2кПа, превышающей контролируемую по прочности в 1,77 раза относительно расчетной нагрузки на каркас здания в целом или в 1,18 раза относительно расчетной нагрузки на ячейку с наибольшей несущей способностью каркаса (с плитами П10), продолжительность времени выдержки конструкции под нагрузкой составляла 40...50 мин. На каждой ступени нагружения проводили осмотр состояния элементов и узлов конструкции фрагмента, регистрацию деформаций по контролируемым сечениям, перемещений дисков перекрытий, а также фиксацию трещин и регистрацию их развития по ширине и длине во всех элементах фрагмента (сборные плиты, колонны и монолитные ригели).
При достижении уровня полезной нагрузки на перекрытие g =13.25кПа, что совместно с нагрузкой от собственной массы перекрытия (gd =3.43кПа) составило величину полной нагрузки g = 16.68 кПа, инструментальные замеры деформаций и перемещений были прекращены и приборы были демонтированы. При этом полная испытательная нагрузка, приложенная к фрагменту, превышала расчетную для всего каркаса здания в 1,89 раза, а расчетную для наиболее нагруженной ячейки - в 1,25 раза. Дальнейшее поэтапное нагружение осуществляли только при визуальном наблюдении за состоянием элементов конструкций, характером развития трещин и выявлением мест повреждений сжатого бетона.
В испытанном сборно-монолитном каркасе применялись плиты безопалубочного формования (рис. 4.3). Пустоты данных плит не имеют четко выраженной геометрической формы. В приведенном сечении многопустотной плиты, на основании которой создается КЭМ, физические пустоты заменяются прямоугольными размером Ь=94 и Ь=133мм (рис. 4.9). Размер прямоугольной эквивалентной пустоты определялся из площади действительной пустоты. Отверстие сложной формы было разделено на три участка: на средний в виде прямоугольника с размерами Ь=94 и h= 102мм, верхний и нижний, образованные полукругом. После определения площади верхнего и нижнего участка определялась эквивалентная им площадь прямоугольного отверстия с одной из сторон равной Ь=94мм. Так как высота эквивалентных прямоугольных отверстий меньше высоты отверстий полукруга, полки КЭМ плиты утолщаются (рис. 4.9).
