УДК 624.04
, д. т.н., проф. (Одесский национальный морской университет), (Одесская государственная академия строительства и архитектуры, г. Одесса)
ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ШТАМПА ПРИЛОЖЕНИЯ НАГРУЗКИ НА
РАБОТУ ПЛИТ ПРИ ПРОДАВЛИВАНИИ
Изложены результаты экспериментального исследования напряженного состояния плиты при ее продавливании штампами различных геометрических форм в плане.
Строительная практика не редко сталкивается со случаями передачи на железобетонную плиты большой загрузки сосредоточенной на участке. В качестве примера можно привести нагрузку от колонн многоэтажного здания, передаваемую на междуэтажную плиту перекрытия либо на свайный ростверк. Такой случай передачи нагрузок распространен в каркасных зданиях, где используются плоские безбалочные безкапительные плиты перекрытия.
В действующих в нашей стране нормах рассматривается только случай передачи концентрированной нагрузки через сечение колонн прямоугольной либо квадратной формы. Однако, учитывая современные тенденции в архитектуре и дизайне не исключено применение колонн более сложных геометрических форм в плане, учет которых никак не отображен в нормативных документах.
В лаборатории железобетонных конструций ОГАСА были проведены экспериментальные исследования по изучению влияния геометрии штампа передачи нагрузки на характер разрушения, трещинообразования железобетонных плит при продавливании. Также исследовалась форма пирамиды продавливания и углы наклона ее граней.
Всего было испытано 2 серии образцов, все они имели одинаковое армирование и форму в плане. Плиты были квадратными со стороной 900 мм шарнирно опертые по всем сторонам. Высота образцов была принята для серии ПЛ150 – 150мм и 200 мм для серии ПЛ200. Высоты опытных образцов были приняты на основании наиболее распространенных размеров, применяемых в строительных конструкциях. Такая высота образца позволяет при исследовании достаточно полно выявить поверхность разрушения при действии концентрированной на участке нагрузки. Геометрические размеры штампов передачи концентрированной нагрузки приведены на Рис. 1, их размеры приняты из условия того, чтобы не допустить разрушение бетона от смятия.
Загружение опытных образцов плит производилось ступенями до их разрушения. Величина ступени составляла 0,1 от ожидаемой разрушающей. За разрушение принималось резкое перемещение продавливающего штампа относительно верхней поверхности. На каждой ступени производилась выдержка в течение пяти минут. В начале и в конце выдержки производилась запись показаний прогибомеров.
Рис.1. Геометрические размеры продавливающих штампов.
Во время выдержки производился визуальный осмотр испытуемого образца, отмечались трещины. Для получения более полной информации о реальной поверхности разрушения в теле бетона, все испытанные образцы плит после их осмотра, зарисовки трещин, мест разрушения и фотографирования, доводились до отделения пирамиды продавливания от остального тела бетона образца. Затем производилось измерение и фотографирование поверхности разрушения.
Процесс образования трещин в плитах происходил в следующей последовательности. На начальных этапах характер развития трещин был одинаков, но ближе к разрушению начинали проявляться отличия. Первые волосяные трещины на обоих образцах были зафиксированы при нагрузках 0,2-0,3 от разрушающей. Они начинали проявляться на нижней грани плиты в пределах границ продавливающего штампа. Волосяные трещины располагались во взаимно перпендикулярном направлении в местах расположения арматурных стержней. С увеличением нагрузки трещины на нижней грани росли, повторяя конфигурацию арматурной сетки.
При нагрузке 0,3-0,4 от разрушающей начали появляться первые трещины на боковых гранях образцов. На разных гранях их длина варьировалась от 3 до 7 см.
На этапах нагружения соответствующих 0.5-0.6 от разрушающей нагрузки рост трещин на боковых гранях продолжался, также началось образование новых. На нижней грани взаимно перпендикулярные трещины, повторяющие конфигурацию арматурной сетки, продолжали расти, покрывая все большую площадь нижней грани. Также здесь же начали образовываться радиальные трещины идущие от границы штампа к опорам. На Плите ПЛ 200 интенсивность таких трещин на данном этапе загружения была меньше.
На следующем этапе при нагрузке 0,7-0,8 от разрушающей, на боковых гранях плит появление новых трещин не наблюдалось (за исключением грани D Плиты ПЛ 200 Рис.3). Этот этап характеризовался дальнейшим ростом некоторых трещин и их постепенным раскрытием. Нижняя поверхность плит была полностью покрыта нормальными трещинами, повторяющими сетку продольной арматуры. На Плите ПЛ 150 было зафиксировано появление новых радиальных трещин возле опор.
Рис. 2. Схема развития трещин на нижней и боковых поверхностях плиты ПЛ 150 при действии нагрузки, приложенной в виде штампа таврового сечения. а) – при нагрузке 0,4 от разрушающей; б) – при нагрузке 0,6 от разрушающей; в) – при нагрузке 0,8 от разрушающей; г) – при нагрузке 0,95 от разрушающей
Рис. 3. Схема развития трещин на нижней и боковых поверхностях плиты ПЛ 200 при действии нагрузки, приложенной в виде штампа уголкового сечения. а) – при нагрузке 0,4 от разрушающей; б) – при нагрузке 0,6 от разрушающей; в) – при нагрузке 0,8 от разрушающей; г) – при нагрузке 0,95 от разрушающей
При дальнейшем нагружении, т. е. при нагрузке составляющей 0,9-0,95 от разрушающей, начала образовываться нечетко выраженная замкнутая трещина с интенсивным раскрытием, т. е. образовывалось нижнее основание пирамиды продавливания. На боковых гранях трещины приостановили свой рост, но продолжали раскрываться. Также на этом этапе на боковых гранях на уровне продольной арматуры появились горизонтальные трещины. Перед разрушением эти трещины охватывали весь контур плиты. Одновременно образовывалась трещина на верхней поверхности плиты, стремящаяся повторить конфигурацию штампа.
Разрушение характеризовалось постепенным падением нагрузки и оседанием штампа на 10-15 мм, т. е. наблюдалась пластичная форма разрушения. В это время сильно раскрывалась замкнутая трещина на нижней грани поверхности с закрытием остальных. Общая картина образования трещин на гранях и нижней поверхности представлена на Рис. 2,3. Разрушающие нагрузки составили: 64 т для плиты, продавливаемой штампом таврового сечения (высота 150 мм) и 79 т для плиты, продавливаемой штампом уголкового сечения (высота 200 мм). После разрушения была отделена пирамида продавливания от тела плиты и измерены углы наклона боковых граней. Для плиты ПЛ 150 (продавливающий штамп - тавровой формы), максимальный угол составил 31,260, минимальный – 21,150. Для плиты ПЛ 200 (продавливающий штамп - уголковой формы), максимальный угол составил 44,560, минимальный – 36,260.
Графики прогибов опытных образцов плит приведены на Рис. 4,5.
Рис.4. График прогибов плиты ПЛ150 (продавливающий штамп тавровй формы в плане);
Рис.5. График прогибов плиты ПЛ200 (продавливающий щтамп уголковой формы в плане);
Выводы:
Получены новые экспериментальные данные о характере и развитии трещин и деформаций в плите при продавливании ее штампом сложной геометрической формы в плане. Угол наклона боковых граней пирамиды продавливания отличен от 450.3. Форма продавливающего штампа влияет на характер образование трещин и разрушения плитных конструкций при продавливании, что требует дальнейших более глубоких исследований в данной области.
