CC BY
7Экспериментальные исследования показателей функционального качества сталежелезобетонной плиты перекрытия
Денисова Елена Васильевна
кандидат технических наук, доцент кафедры начертательной геометрии и инженерной графики, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, deni_sovaev@mail.ru
Актуальность исследования состоит в выявлении параметров функционального качества строительной продукции посредством экспериментальных исследований работы сталежелезо-бетонных плит перекрытий.
Цель работы состоит в определении параметров напряженно-деформированного состояния объекта-модели (стенда), который максимально достоверно отображает особенности поведения реальной строительной конструкции и формировании методической основы для адаптации полученных результатов эксперимента к алгоритму проектирования и решению практических задач.
Основной гипотезой исследований является предположение о необходимости экспериментального определения особенностей взаимодействия (коэффициента сцепления) конструктивных элементов сталежелезобетонной плиты (листа профилированного настила и бетонной смеси) в составе целостной конструкции для обеспечения показателей несущей способности перекрытия.
Результаты экспериментальных исследований рассматриваются в контексте научно-методического подхода к объективной оценке и анализу условий обеспечения функционального качества рассматриваемого типа строительной конструкции. Ключевые слова: сталежелезобетонные конструкции, функциональное качество, научно-методический подход, плита перекрытия, несущая способность, эксперимент, результаты исследований.
Экспериментальный метод (эксперимент) состоит в опытном (физическом) воспроизводстве интересующих свойств и состояний объекта исследований. Результатом эксперимента являются количественные показатели, полученные посредством непосредственного анализа параметров объекта, в фактических или предполагаемых условиях функционирования.
Областью применения метода является практически полный перечень задач, решение которых необходимо для определения функционального качества строительных материалов, изделий и конструкций, в особенности [1,2].
Наиболее характерной областью применения эксперимента является выявление количественных показателей функционального качества новых, перспективных (инновационных) разработок, для которых не существует или недостаточно полно и точно реализован аналитический алгоритм определения (проектирования) требуемых параметров материалов (конструкций), необходимых для проектных решений.
Сталежелезобетонные плиты являются современным, высокоэффективным решением устройства перекрытий многоэтажных объектов строительства различного функционально-технологического назначения, эксплуатируемых в широком диапазоне нагрузок, в том числе при нестандартных размерах пролетов несущих конструкций, при большом числе проемов и отверстий, а также в особых условиях строительства [3,4].
Рисунок 1 - Сталежелезобетонная плита перекрытия 1 - балочная система перекрытия; 2 - несущее основание монолитной плиты перекрытия, выполненное из листов профилированного настила, выполняющего функции: несъемной опалубки (при возведении) и рабочей арматуры (при эксплуатации); 3 - рабочая стержневая арматура сечения плиты — отсутствует; 4 - бетонная смесь.
Основным показателем функционального качества сталежелезобетонной плиты перекрытия является несущая способность (по первой и второй группам предельных состояний) конструкции по восприятию монтажной (на этапе изготовления) и эксплуатационной (полезной) нагрузки [5,6].
Для достижения целей эксперимента предусматривается решение соответствующих задач исследований [7]:
X X
о
го А с.
X
го т
о
ю
2 О
м
см
0 см
<0
01
о ш т
X
<
т О X X
- проверка соответствия фактических значений параметров листов профилированного настила требованиям допусков по возможным отклонениям;
- изготовление и подготовка фрагментов плиты перекрытия (стендов), предназначенных экспериментальных исследований функционального качества строительной конструкции;
- проведение серии экспериментов и выявление показателей несущей способности (параметров напряженно-деформированного состояния конструкции) для каждой из принятых к рассмотрению расчетной схемы (стенда) сталежелезобетонной плиты;
- выявление расчетного значения коэффициента сцепления (коэффициента условий работы Yn) листов профилированного настила с уложенной бетонной смесью;
- разработка методики и алгоритма определения параметров несущей способности конструктивных решений сталежелезобетонных плит перекрытий для таких проектных ситуаций, которые не отображены в экспериментальных стендах;
- разработка системы качества производства экспериментальных исследований;
- фиксация полученных результатов эксперимента.
На Рисунке 2 представлена технологическая последовательность (рабочие приемы) изготовления и подготовки стендов для проведения экспериментальных исследований.
а) устройство конструктивных элементов, входящих в состав стенда
б) приемы укладки бетонной смеси и ее распределение по поверхности профнастила
в) приемы уплотнения уложенной бетонной смеси Рисунок 2 - Изготовление фрагментов (стендов) сталежелезобетонной плиты перекрытия
На Рисунке 3 представлен испытательный стенд (од-нопролетная схема опирания, длина пролета составляет: 3.0 м), подготовленный к экспериментальным исследованиям. Передача нагрузки на стенд осуществляется посредством давления, развиваемого домкратами и передаваемого траверсами-упорами.
Рисунок 3 стенд.
Схема формирования и передачи нагрузки на
В Таблице 1 представлен фрагмент протокола испытаний, отображающий последовательность формирования параметров напряженно-деформированного состояния строительной конструкции.
Таблица 1
Параметры напряженно-стенда
деформированного состояния
Пролёт, м № этапа приложения Внешняя нагрузк а О, кг Значения прогиба продольной оси плиты, мм Равномерно распределен- Величина прогиба от начала отсчёта, мм
нагрузк и слева справа ная нагрузка q, кг/м2 слева справа
3,00 1 512 27,36 22,95 80,503 0,08 0,00
2 1024 27,48 23,06 161,006 0,20 0,11
3 1536 27,70 23,25 241,509 0,42 0,30
4 2048 27,82 23,40 322,013 0,54 0,45
5 2560 27,82 23,38 402,516 0,54 0,43
6 2990 27,92 23,49 470,126 0,64 0,54
7 3420 28,09 23,61 537,736 0,81 0,66
8 3850 28,19 23,75 605,346 0,91 0,80
9 4280 28,35 23,90 672,956 1,07 0,95
10 4710 28,55 24,10 740,566 1,27 1,15
11 5140 28,74 24,22 808,176 1,46 1,27
12 6290 28,80 24,00 988,994 1,52 1,05
13 7440 28,96 24,52 1169,81 1 1,68 1,57
14 8590 29,90 24,90 1350,62 9 2,62 1,95
15 10890 31,40 27,05 1712,26 4 4,12 4,10
16 12040 32,36 27,99 1893,08 2 5,08 5,04
17 15780 - - 2481,132 - -
Верификация результатов экспериментальных исследований осуществляется при помощи сравнительного метода с аналитическими моделями по двум группам предельных состояний и представлена на Рисунках 4,5.
1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 4.00 пролет, м
—»—аналитика —»—эксперимент
Рисунок 4 - Сравнение теоретических и экспериментальных данных по первой группе предельных состояний плиты. Одно-пролетная схема опирания, диапазон длины пролетов: 1.0-4.0
м.
40000,0 35000,0 30000,0 : 25000,0
1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 4.00 пролет, м
—♦— аналитика -ш— эксперимент
Рисунок 5 - Сравнение теоретических и экспериментальных данных по второй группе предельных состояний плиты. Од-нопролетная схема опирания, диапазон длины пролетов: 1.0 - 4.0 м.
Проведенные экспериментальные исследования подтвердили теоретические положения о возможности обеспечения параметров функционального качества (несущей способности) сталежелезобетонной плиты перекрытия без использования дополнительного армирования из стержневых элементов (сеток, каркасов).
Результаты экспериментальных исследований позволяют осуществлять (с использованием разработанной методики и алгоритма) разработку конструктивных решений плит перекрытий с учетом разнообразных факторов влияния: длин пролетов, схем опирания, классов бетона, толщины плиты и способов организации взаимодействия с несущими элементами балочной системы перекрытия.
Литература
1. Новиков А.М., Новиков Д.А. Методология научного исследования. — М.: Либроком. 2010. — 280 с.
2. Пономарев А.Б., Пикулева Э.А. Методология научных исследований. — Пермь: Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета. 2014. — 186 с.
3. Johnson R.P., Lawson R.M. Composite Structures of Steel and Concrete. — Oxford: Blackwell Publishing. 2006. — 225 p.
4. EN 1994-1-1:2010. Eurocode 4. Design of composite steel and concrete structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings. — Brussels: European Committee For Standardization. 2005. — 120 p.
5. Bridge R., Patrick M. Innovations in composite slabs incorporating profiled steel sheeting // Advances in Building Technology. Proceedings of the International Conference on Advances in Building Technology. 4-6 December 2002. Hong Kong. China. Volume I. P. 191-198.
6. СП 266.1325800.2016. Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования. — М.: Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации. 2016. — 132 с.
7. Замалиев Ф.С., Сагитов Р.А., Хайрутдинов Ш.Н. Испытания фрагмента сталежелезобетонного перекрытия на статические нагрузки. // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2010. №1. С. 102-106.
Experimental research of the functional quality at the steel-reinforced
concrete floor slab Denisova E.V.
Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering JEL classification: L61, L74, R53
The relevance the study consists in the identification of parameters functional quality of construction products through experimental studies at the operation steel-reinforced concrete slabs. The purpose of this research is to determine the parameters the stress-strain state in model object (bench), which maximally reliably displays the characteristics the behavior for real construction structure and forms a methodological basis for adapting the obtained experimental results to the design algorithm and solving practical problems. The main hypothesis of research is the assumption that it is necessary to experimentally determine the features interaction (adhesion coefficient) in structural elements of steel-iron concrete slab (sheet of profiled flooring and concrete mixture) as part an integral structure to provide indicators at the bearing capacity in the floor. The results of experimental research are considered in the context for a scientific and methodological approach to objective assessment and analysis the conditions for ensuring the functional quality of the type construction under consideration. Keywords: composite-steel concrete structures, functional quality, scientific-methodical approach, slab, bearing method, experiment, research results. References
1. Novikov A.M., Novikov D. A. Methodology of scientific research. — M.:
Librocom. 2010. — 280 p.
2. Ponomarev A.B., Pikuleva E.A. Methodology of scientific research. —
Perm: Publishing House of Perm National Research Polytechnic University. 2014. — 186 p.
3. Johnson R.P., Lawson R.M. Composite Structures of Steel and Concrete.
— Oxford: Blackwell Publishing. 2006. — 225 p.
4. EN 1994-1-1:2010. Eurocode 4. Design of composite steel and concrete
structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings. — Brussels: EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. 2005. — 120 p.
5. Bridge R., Patrick M. Innovations in composite slabs incorporating profiled
steel sheeting // Advances in Building Technology. Proceedings of the International Conference on Advances in Building Technology. 4-6 December 2002. Hong Kong. China. Volume I. P. 191-198.
6. SP 266.1325800.2016. Steel concrete structures. Design rules. — M.:
Ministry of Construction and Housing and Communal Services of the Russian Federation. 2016. — 132 p.
7. Zamaliev F.S., Sagitov R.A., Khairutdinov S.N. Tests of a fragment steel-
concrete overlap on static loads // Izvestia of Kazan State University Architecture and Construction. 2010. №1. P. 102-106.
X X
о го А с.
X
го m
о
ю
2 О M
45000,0
20000,0
15000,0
10000,0
0,0
