Экспериментальное исследование стыка панельной системы

Испытание проведено в связи с разработкой панельной сборно-монолитной системы многоэтажных зданий.

Предполагается несущую систему создавать из панелей стен и многопустотных плит перекрытий размером - 1200 x (3000-5000) x 220 мм. Панели стен и плиты перекрытий между собой объединяются в неразрезную систему замоноличиванием стыков, имеющих рабочую арматуру.

Такая система обладает рядом достоинств:

– возможность получения разнообразных планировочных решений;

– повышение прочности и жесткости стыков (горизонтальных и вертикальных) за счет их армирования и повышения качества заполнения их монолитным бетоном с последующим контролем прочности и качества;

– повышение прочности и жесткости стыков обеспечивает возможность увеличения высот зданий.

В данной статье содержатся результаты испытания одного образца узла соединения элемента панели стен с перекрытиями при двухстороннем опирании перекрытия. Схема испытания опытного образца, а также установки приборов показаны на рис. 1.

Особенность конструкции состоит в том, что стык армируется петлевыми выпусками из панелей стен и отдельными каркасами, укладываемыми в пустоты плит при монтаже перед замоноличива-нием стыка. При этом плиты перекрытий при монтаже не опираются на панели стен. Их опирание и передача нагрузки с перекрытий на стены осуществляется после укладки горизонтальных каркасов и замоноличивания.

Опытный образец состоит из четырех элементов: панели стен - 160 x 3 70 x 320, плиты перекрытий - 220 x 370 x 5100 мм.

Задачами являются определение следующих характеристик: вид и характер разрушения стыка, несущая способность (прочность) стыка, деформа-тивность стыка.

При испытании учитывалось, что вследствие неточности изготовления элементов, дефектов монтажа и передачи нагрузок возникает внецен-тренное сжатие. Для этого передача нагрузки на панель стены осуществлялась с эксцентриситетом – 20 мм.

Последовательность нагружений и приращения деформаций приведена в таблице. Предварительно ступенчато (по этапам) нагружались панели стен до величины нагрузки – 80 тс. Затем нагружались плиты перекрытий в порядке, указанном на рис. 1.

После нагружения перекрытий до величины нагрузки, показанной на рис. 1 (14 шт. блоков ФБС), продолжалось нагружение панелей стен до

Рис. 1. Опытный образец стыка, схемы установки приборов и нагружения: 1…12 – последовательность укладки блоков ФБС длиной 900 мм; П1,П2 – прогибомеры, измеряющие горизонтальное перемещение стыка;

И1…И8 – индикаторы, измеряющие вертикальные и горизонтальные деформации стыка

Приращения деформаций и перемещений

Этапы F, тс ФБС Приращение деформаций ∆⋅10–3 мм по индикаторам Горизонтальное смещение δ⋅10–3 мм П1/П2 № Вес, кг 1/6 2/5 3/7 4/8 1 20 – – 9 47 0,5 1 0 2 40 – – 4 31 3 0,5 0 3 60 – – 9 50 11 –14 11 4 80 – – 8 65 53 –9 0 5 80 1 475 0 15 4 –2,5 3 6 80 2 480 2 8 3 11 1 7 80 3 495 –1 5 4 2 –4 8 80 4 498 0 5 9 1 5 9 80 5 490 0 6 3,5 0 1 10 80 6 495 0 2 3,5 1 0 11 80 7 485 2 5 7 5 0 12 80 8 495 –0,5 3 12 1 0 13 80 9 485 0 4 5,5 1 0 14 80 10 485 0,5 3 4 –0,5 0 15 80 11 490 –0,5 5 6 0,5 0 16 80 12 485 –0,5 3 9 –1 8 17 80 13 505 0 7 11 0 0 18 80 14 490 –0,5 13 6 –4 – 19 100 – – – – – – – разрушения стыка, путем увеличения нагрузки на панели стен.

В процессе указанного выше нагружения изменились следующие величины (см.рис. 1 и таблицу):

• –    вертикальные деформации стыка по его граням (индикаторы 1/6 и 2/5 с точностью 0,01 мм на базе – 250 мм);

• –    горизонтальные деформации стыка по его граням (индикаторы 3/7 и 4/8 с точностью 0,01 мм на базе – 190 мм);

• –    горизонтальное перемещение стыка в его центре (прогибомерами П1/П2 с точность 0,01 мм).

В таблице обозначены этапы нагружения, величины этапов и их последовательность, а также средние значения (из двух сторон) приращений деформаций на каждом этапе. На рис. 2 показаны зависимости полных деформаций (сумма приращений) для приборов 1/6, 3/7 и 2/5. Показания приборов 4/8 и П1/П2 следует смотреть в таблице.

Разрушение произошло при нагрузке 110 тс на стеновую панель и носило хрупкий характер. Прочность бетона сборных частей образца определена прибором ИПС-МГ4: стеновая панель – 32 МПа; плита перекрытия – В35 МПа. Прочность монолитного бетона определена испытанием кубов размером 70 мм (33 МПа) и прибором ИПС-МГ4 (31 МПа).

Ниже проводится анализ результатов испытания.

При величине расчетной нагрузки на перекрытие 800 кгс/м2 коэффициент безопасности по фактическому нагружению блоками ФБС равен –

3,15, что больше требуемой величины 1,6 по стан- дарту.

По величинам разрушающего усилия 110 тс и коэффициента безопасности 1,6, а также ориентировочного значения внутреннего усилия 6 тс/мп на внутреннюю стеновую панель в современных панельных системах зданий определено количество этажей, равное приблизительно 30.

Установлена существенная неравномерность вертикальных и горизонтальных деформаций, что характеризуется следующими значениями соответственно 7,7 и 21,3. Выявленная неравномерность указывает на наличие осевой и изгибной податливостей: углы поворота сечения панели стен в стыке равен 0,96⋅10–3, а сечения плиты перекрытия – 0,75⋅10–3. Неравномерность распределения горизонтальных деформаций указывает на возможность появления «распора» при наличии определенной степени ограничения их развития.

Установлен также рост вертикальных и горизонтальных деформаций за время выдержки нагрузки 5–10 мин – это свидетельствует об увели- чении податливости стыка с течением времени. Поскольку длительная часть нагрузки для панельных зданий составляет около 80 % от всей нагрузки, то фактор учета реологических свойств бетона является существенным.

Вычислена величина эксцентриситета в стыке по величинам вертикальных деформаций с приме- нением теории упругости.

ε = F ± F ⋅ e 0

^1,2 AE WE

оп = ε 1,2 ,

Ивашенко Ю.А., Верзаков А.С.

Абсолютная деформация, мм

Рис. 2. Графики деформаций и перемещений стыка где А = 16-37 см2; W = 37 16 = 1579 см3. Отно-

A шение K = — = 0,375 .

W

Решением системы уравнений

^— (1 + K ) = 1,108 х 10 ^{- 3}

_ AE (      e⁰ )

—(1- K ) = 0,144 х 10 ^{- 3}

I AE '       e ⁰ '

получено значение е деор = 2,05 см = е 0о ^п = 2 см.

Следовательно, при вычислении прочности стыка необходимо учитывать эксцентриситет, возникающий от действия нагрузок на стеновую панель. Теоретическая величина прочности с учетом этого эксцентриситета равна – 60 тс по формулам СП 52-101-2003 (п. 6.1 и 6.2) [1]. При учете длительного действия нагрузки W = bh ²/ 3,5 = 2707 см³, отношение К = 0,29 и эксцентриситет увеличивается до значения е₀^дл= 3,5 см. Соответственно теоретическая прочность равна 45 тс <  60 тс [2].

Выводы

• 1.    Испытанная конструкция стыка обладает необходимой безопасностью при нагружении панелей стен и перекрытий.

• 2.    Испытанная конструкция стыка обладает деформативностью (податливостью), которую необходимо учитывать при расчете несущей системы здания с учетом длительного действия нагрузок.

• 3.    Прочность стыка необходимо вычислять с учетом увеличения эксцентриситета за счет действия длительных нагрузок.