Анализ экспериментальных данных исследования работы сборно-монолитного перекрытия с новым вариантом шпоночного стыка

С целью увеличения прочности и надежности сборно-монолитного перекрытия со шпоночными стыками был предложен вариант шпоночного стыка [1], отличающийся от аналогов [2, 3] наличием арматурных выпусков верхней и нижней продольной арматуры каркасов многопустотных плит, заанкеренных в ригель, кроме того увеличенной шириной ригеля.

Для оценки влияния на напряженно-деформированное состояние перекрытия выпусков продольной арматуры каркасов многопустотных плит, заанкеренных в тело монолитного ригеля, был проведен сравнительный анализ данных, полученных при испытании образцов с армированием шпоночного стыка и без его армирования. Образцы фрагмента сборно-монолитного перекрытия состояли из одной многопустотной плиты ПК59.15, к которой с двух сторон были замоноличены фрагменты железобетонного ригеля. Образец СМПА отличался от образца СМП наличием каркасов в опорных торцах многопустотных плит, имеющих выпуски продольной арматуры (рис. 1).

Испытания проводили до разрушения фрагмента. Целью испытаний являлась оценка прочности стыкового соединения за счет изучения напряженно-деформированного состояния в элементах перекрытия.

Контрольные параметры были назначены в результате выполненных расчетов с учетом фактических характеристик изделия.

Испытания вертикальной равномерно-распределенной нагрузкой фрагмента каркаса осуществляли поэтапно последовательным нагружением фрагмента узлового соединения многопустотной плиты перекрытия и монолитного ригеля – ступенями до уровня контрольной нагрузки, соответствующей полной расчетной нагрузке по первому предельному состоянию для рассматриваемого объекта ( q 1 =8 кПа [800 кгс/м²]). Для загружения использовали грузы в виде блоков ФБС 12.3.6. По концам образца были установлены шарнирные линейные опоры, одна из которых была неподвижной, а другая – подвижная, допускающая перемещение изделия вдоль пролета.

По мере загружения фрагмента фиксировали продольные деформации бетона, фактические значения прогибов и ширину раскрытия трещин.

Разрушение образца с выпусками продольной арматуры каркасов (образец СМПА) произошло при нагрузке, превышающей расчетную в два раза, в результате достижения напряжений предела текучести в рабочей арматуре многопустотных панелей, что сопровождалось ростом и раскрытием поперечных трещин в середине многопустотной плиты. При этом образования трещин в шпоночном стыке зафиксировано не было.

Разрушение образца без выпусков продольной арматуры (СМП) произошло из-за среза бетонной шпонки при нагрузке, составляющей 76,6 % от контрольной разрушающей нагрузки.

Рис. 1. Образец с выпусками продольной арматуры каркасов многопустотной плиты (СМПА)

Для оценки результатов испытаний образцов фрагментов плит графики зависимости деформаций и перемещений строились для относительной величины нагрузки, которая находилась как отношение фактической нагрузки к предельному значению нагрузки, найденному из расчета прочности многопустотной панели:

n = P^ ult , (1)

где n – относительная величина нагрузки, р – равномерно распределенная по площади вертикальная нагрузка, кгс/м²; p_ult – предельная нагрузка для многопустотной панели, найденная из расчета панели по прочности, согласно нормативным документам.

p ut

8 M ult

1 0 • b

где M_ult – предельный момент для многопустотной панели, найденный по [11]; l ₀ – длина многопустотной панели; b – ширина плиты.

В процессе анализа сравнивались прогибы на стыке многопустотной панели с монолитным ригелем, прогибы в пролете фрагмента сборномонолитного перекрытия, деформации по верхней и нижней грани перекрытия на стыке многопустотной панели с ригелем, углы поворота сечения, проходящего по стыку многопустотной панели и монолитного ригеля.

Из графика зависимости деформаций от относительной нагрузки (рис. 2), видно, что значения сжимающих деформаций по верхней грани плиты значительно меньше в образце с армированием СМПА. Растягивающие деформации по нижней грани перекрытия меньше в образце СМПА. Для образца СМП характерно скачкообразное развитие деформаций, особенно после обмятия бетона шпонки. Для образца СМПА таких скачков не наблюдается, зависимость деформаций от нагрузки близка к линейной.

Прогибы до нагрузки, составляющей 20 % от предельной, меньше в образце СМП (рис. 3). После чего прогибы в образце СМП начинают прирастать с большей скоростью, чем в образце СМПА, в результате чего прогибы в образце с неармированным стыком выше, чем в образце с армированным стыком, при этом значения прогибов в сечении стыка между образцами отличаются незначительно. После достижения предельной нагрузки по прочности плиты разница в прогибах образцов сокращается. Последнее позволяет сделать вывод, что значения пролетных и опорных моментов, возникающих в многопустотной панели, мало зависят от наличия армирования в шпоночном стыке. Продольное армирование, в первую очередь, работает на восприятие срезающих усилий [4].

Углы поворота поперечного сечения как видно из графика (рис. 4) в значительной степени меньше в образце СМПА, что свидетельствует об увеличении жесткости шпоночного стыка при наличии выпусков из многопустотной панели.

Теория расчета строительных конструкций

Рис. 2. График зависимости продольных деформаций на стыке многопустотной панели с монолитным ригелем: СМП-Т1 (СМП-Т2) – образец без армирования, деформации в точке Т1 (Т2);

СМПА-Т1 (СМПА-Т2) – образец с армированным стыком, деформации в точке Т1 (Т2)

Прогибы, мм

Рис. 3. График зависимости прогибов на стыке многопустотной панели с монолитным ригелем: СМП-П1 (СМП-П2) – образец без армирования, прогибы в точке П1 (П2);

СМПА-П1 (СМПА-П2) – образец с армированным стыком, прогибы в точке П1 (П2)

При росте нагрузки углы поворота в образце СМПА растут нелинейно и приближаются к значениям, полученным в образце без армировании СМП.

Для оценки степени жесткости шпоночного стыка был произведен статический расчет фрагмента перекрытия СМПА как балки на шарнирных опорах и жестко защемленной по торцам. В результате чего были найдены углы поворота сечения шпоночного стыка, характерные для жесткой и шарнирной заделки, после чего было произведено сравнение с экспериментальными данными. Результаты сравнения приведены в таблице.

По полученным данным можно сделать вывод о том, что жесткость шпоночного стыка уменьша- ется с увеличением нагрузки, при малых нагрузка она близка к жесткой заделке.

В результате анализа полученных данных были выделены три этапа работы сборномонолитного перекрытия с новым вариантом шпоночного стыка:

– на первой стадии до нагрузки, составляющей 40 % от расчетной, перекрытие работает в упругой стадии, зависимости деформаций и прогибов от нагрузки линейные.

– на второй стадии до нагрузки составляющей 90 % от расчетной, наблюдается снижение прироста деформаций и прогибов, перекрытие работает как упругая система, зависимости деформаций и

Рис. 4. График зависимости углов поворота поперечных сечений на стыке многопустотной панели с монолитным ригелем: СМП – образец без армирования; СМПА – образец с армированным стыком

Результаты сравнения углов поворота

р/рult Углы поворота, рад х 10-4 Экспериментальные данные При расчете схемы с жесткой заделкой При расчете схемы с шарнирным опиранием 0,230 10,00 0,253 22,746 0,415 14,759 0,370 33,461 0,599 17,793 0,487 42,312 0,783 21,862 0,604 54,440 1,013 34,00 0,604 54,440 1,013 57,655 0,709 64,784 прогибов от нагрузки близки к линейным. Уменьшение деформаций возможно объяснить полным обмятием многопустотной плитой шпонок и включением в работу на кручение ригелей, что приводит к временному повышению жесткости сборно-монолитного перекрытия на изгиб. Для сжимающих деформаций по верхней грани плиты на стыке и в пролете характерно практически полное прекращение роста.

– на третьем этапе (до момента разрушения) происходит нелинейный прирост деформаций и прогибов, что свидетельствует о развитии пластических деформаций.

Сравнительный анализ результатов натурных испытаний образцов сборно-монолитного перекрытия со шпоночными стыками СМП, СМПА позволил сделать вывод о том, что анкеровка выпусков продольной арматуры многопустотных панелей в тело ригеля увеличивает жесткость шпоночного стыка и способствует снижению прогибов и деформаций в элементах перекрытия. Перекрытие со шпоночными стыками работает в двух направлениях, перераспределяя нагрузку между многопустотными плитами за счет бетонных шпонок на боко- вых поверхностях плит, что также способствует снижению его деформативности [5–8].

Отсутствие выпусков продольной арматуры плиты, заанкеренных в монолитный ригель, приводит к хрупкому разрушению перекрытия из-за среза шпонки под действием поперечной силы и опорного момента [9, 10].

Жесткость армированного шпоночного стыка уменьшается с увеличением нагрузки.

Значения пролетных и опорных моментов, возникающих в многопустотной панели, мало зависят от наличия армирования в шпоночном стыке [4]. Продольное армирование работает на восприятие срезающих усилий в шпонке.

Анкеровка в ригель выпусков продольной арматуры каркасов многопустотной панели обеспечивает совместную работу элементов сборномонолитного перекрытия, в результате чего характер развития деформаций перестает иметь скачкообразный вид. Таким образом, наличие выпусков продольной арматуры дополнительных каркасов, в опорной зоне многопустотной плиты, позволяет повысить прочность и надежность сборномонолитного перекрытия.

Теория расчета строительных конструкций