CC BY
28Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 691.328
Д.Н. СУРСАНОВ1, инженер (spstf@pstu.ru), С.А. САЗОНОВА1, магистр, А.Б. ПОНОМАРЕВ1, д-р техн. наук, А.В. ЛЫСКОВ2, инженер
1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614000, Пермь, Комсомольский пр., 29) 2 Завод ЖБК ООО «Сатурн-Р» (614013, Пермь, ул. 3-я Набережная, 80)
Натурные испытания многопустотной плиты с фибролитовыми пустотообразователями
Рассмотрена методика и результаты натурных испытаний плит перекрытия нового вида для каркасных зданий. Приведено подробное описание конструкции плиты перекрытия с фибролитовыми пустотообразователями, остающимися в теле плиты; выделены основные технологические и конструкционные особенности изделия. В результате проведения натурных испытаний плит по методике ГОСТ 8829-94 получены данные о прогибах, ширинах раскрытия трещин на различных этапах нагружения, величины относительных деформаций на поверхности плиты при действии нормативной и расчетной эксплуатационной нагрузок. Определена картина характерных трещин на поверхностях и гранях плиты. Приведены значения разрушающих нагрузок и коэффициенты безопасности. Сделан вывод о пригодности плит к использованию в гражданском строительстве и достоинствах применения данного типа плит перекрытия.
Ключевые слова: многопустотная плита перекрытия, фибролит, шпоночное соединение, натурное испытание, прогиб.
D.N. SURSANOV1, Engineer (spstf@pstu.ru), S.A. SAZONOVA1, Master, A.B. PONOMARYOV1, Doctor of Sciences (Engineering), A.V. LYSKOV2, Engineer 1 Perm National Research Polytechnic University ( 29, Komsomolsky Avenue, 614000, Perm, Russian Federation) 2 ZhBK Factory OOO "Saturn-P" (80, 3rd Embankment Street, 614013, Perm, Russian Federation)
Full-Scale Tests of a Multicore Slab with Fibrolite Void Formers
Methods and results of the full-scale tests of floor slabs of a new type for frame buildings are considered. The detailed description of the floor slab design with fibrolite void formers remaining in the body of the slab is presented; main technological and structural features of the product are pointed out. In the result of full-scale tests of slabs the data on deflections, widths of crack opening at different stages of loading, values of relative strains on the slab surface under the action of normative and estimated operating loads have been obtained. The pattern of characteristic cracks on the surfaces and sides of the slab has been defined. The values of ultimate breaking loads and safety coefficients have been determined. The conclusion about suitability of slabs for use in civil construction and advantages of the use of this type of floor slabs is drawn.
Keywords: multicore floor slab, fibrolite, key connection, full-scale test, deflection.
Многопустотные плиты наиболее широко применяются для устройства междуэтажных перекрытий для строительства зданий из бетона, кирпича или стеновых блоков [1]. За счет воздушных полостей пустотные плиты имеют меньшую массу, обладают хорошими теплоизоляционными и звукоизоляционными свойствами, но более трудоемки в изготовлении по сравнению с другими видами плит. При формовании многопустотных плит заполнение формы бетонной смесью затрудняется наличием специальных пустото-образователей, которые извлекаются после бетонирования конструкции. Данный недостаток технологии изготовления многопустотных плит может быть устранен путем замены инвентарных пустотообразователей на пустотообразовате-ли, остающиеся в теле плиты.
На пермском заводе ЖБК ООО «Сатурн-Р» была запроектирована сборная многопустотная железобетонная плита ПП 56.28. Плита предназначалась для перекрытия стандартной ячейки каркасного здания размером 6x6 м, что привело к определенным конструктивным и технологическим особенностям изделия, как новым, так и уже известным [2]. К конструктивным особенностям плиты относятся:
- схема работы плиты - опирание по трем сторонам;
- отсутствие предварительно напряженной арматуры;
- опирание на монолитный ригель за счет бетонных шпонок [3].
К технологическим особенностям при изготовлении плиты можно отнести:
- использование пустотообразователей, остающихся в теле плиты;
- доступную технологическую оснастку (без использования пуансонов и технологического оборудования для предварительного напряжения арматуры).
Общий вид плиты представлен на рис. 1.
Упрощенная технология изготовления является основным достоинством ПП56.28 по сравнению с многопустотными плитами перекрытия. Более того, фибролит - это экологически чистый плитный материал, изготавливаемый из древесной стружки и неорганического вяжущего вещества (портландцемента).
Цель испытаний заключалась в опытной оценке показателей эксплуатационной пригодности конструкции плиты ПП 56.28 (жесткости и трещиностойкости) [3].
Задачи испытаний включали: определение относительных деформаций бетона и арматуры в характерных сечениях элементов перекрытия; определение прогибов плит и сопоставление опытных значений с контрольными; определение ширины раскрытия трещин и сопоставление опыт- |27
Крупнопанельное домостроение
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 1. Плита ПП56.28
Таблица 1
№ испытания Наименование конструкции Класс бетона (средняя прочность при сжатии, МПа) Средняя прочность при сжатии по протоколу, МПа
1 Плита перекрытия ПП 56.28 В20 (25,6) 30,4
2 В20 (25,6) 32,9
3 В15 (19,2) 29,35
ных значений с контрольными; оценку несущей способности (прогнозный показатель) перекрытия.
Для оценки прочностных и жесткостных свойств данного изделия проведена серия из трех натурных испытаний (изготовление и испытание изделий проводились при технической поддержке ЖБК ООО «Сатурн-Р»). Методика, порядок, а также результаты проведенных испытаний обработаны в соответствии с ГОСТ 8829-94 «Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости» и приведены в данной статье.
Характеристика изделия
Испытываемая плита ПП 56.28 является элементом перекрытия сборно-монолитного каркасного здания. Плита
Рис. 2. Прогибомер П4 и накладной струнный тензометр Т2 на нижней поверхности плиты перекрытия
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
И4>
И9
Г ,00
И5
150
И3>
ч
Щ]
1 7
ЦШ
1 7
лоо
5 11
И
5 2
11 8
100 85
доо ,1 ДОО
6 12
6 12 85
ДОО
щ
4 10
т:>
85
ДОО
И2 ^
П5 4 10 85
400
П1
Ш
85
Д00
6 12
6
12 85
Д00
5 11
П8
2 5 1
8 11 7
85 85 100
ДОО и ДОО и >400
1 7
=о
#44
1/
Т1 И1 П6 5580
Л
П7
150
,00. /—*
6180
Услобные обозначения:
<[ - инбикотор по низу плиты (ИЧ1 А ~ инбикотор по Верху плиты (ИЧ) О - прогибомер I
1-1
И8
1
№
ИЗ -сн
11 8 12 9 10 9 12 8 11 7
5 2 6 3 4 3 6 2 5 1
■ тензометр IT)
Блоки нагружения
П1
Пб
100
П7
Фрагмент И7 / ригеля НЭ-/
Ж /// /// /////////
Стойка для крепления инбикатора
//////////// /¿К /Z*
етонные блоки
стенАа
Рис. 3. Схема испытательного стенда (грузы пронумерованы в порядке установки на испытываемое изделие)
Таблица 2
Характеристика ГОСТ Р 52544-2006 Протоколы испытаний № 415/1 / № 415/2 Отклонения, %
Предел текучести о02, МПа 500 591,8 / 603,2 +18,4 / +20,6
Временное сопротивление ов, МПа 600 664 / 670,5 +10,7 / +11,6
Ов / О 0 ,2 > 1,08 1,12 / 1,11 +6,7 / +5,7
опирается по двум коротким и одной длинной сторонам на монолитные ригели. В плите имеется семь пустот, которыми служат фибролитовые плиты сечением 296x100 мм, уложенные параллельно длинной стороне. Плита опирается на ригели через бетонные шпонки, образуемые при бетонировании ригелей за счет бетона, заполняющего пустоты и выемки на гранях плиты. Прочностные характеристики бетона испытанных плит перекрытия приведены в табл. 1.
При изготовлении плиты для 1-го и 2-го испытаний в качестве крупного заполнителя в бетонной смеси использовался щебень, для 3-го испытания - гравий.
Класс применяемой арматуры А500С во всех трех испытаниях был неизменным. Сводная таблица прочностных характеристик арматуры (табл. 2) приведена ниже. В качестве нижней рабочей арматуры применена арматура 010 мм. Средства испытаний и вспомогательные устройства При проведении испытаний для нагружения использовались бетонные блоки. Блоки были предварительно взвешены и замаркированы.
Для измерения прогибов применялись поверенные измерительные приборы и инструменты с ценой деления 0,01 мм [4], а именно: прогибомеры 6ПАО (6 шт.) (рис. 2); индикаторы часового типа ИЧ-50 (9 шт.); тензометры струн- |29
Крупнопанельное домостроение
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
Таблица 3
Этап нагружения Общее кол-во грузов Масса грузов, кг Значение контрольной нагрузки, кН Контрольный параметр Величина контрольного параметра, мм
1 4 1220
2 8 2440
3 12 3660 34,9 Образование трещин
4 14 4270 41,88 Прогиб 8,4
5 18 5490
6 22 6710 62 (норм. эксплуат.) Ширина раскрытия трещин 0,17
7 26 7930 79,72 (расч. эксплуат.)
8 30 9150
9 34 10370
10 36 10980 107,6 1-й случай разрушения
11 40 12200
12 44 13420 127,55 2-й случай разрушения
Таблица 4
№ испытаний Появление волосяных трещин при нагрузке, кг Появление трещины на стыке плиты и фрагментов ригелей при нагрузке, кг Максимальная ширина раскрытия трещин, мм
1 9270 - 0,15
2 6830 15950 0,5
3 3730 11080 0,8
Рис. 4. Испытательный стенд
ные (2 шт.) (рис. 2); щупы толщиной 0,05-1,5 мм; микроскоп МПБ-2 с ценой деления 0,05 мм (1 шт). Схема установки приборов представлена на рис. 3.
Для измерения относительных деформаций при проведении 3-го испытания использовалось два накладных струнных тензометра в составе автоматизированной системы мониторинга конструкций (АСМК) «Спрут» [5, 6].
Методика проведения испытаний
Методика испытаний была принята в соответствии с требованиями ГОСТ 8829-94 в отношении температуры, отпускной прочности изделия, схемы опирания (I.D. Doukas, G. Retscher. The contribution of contemporary sensors to the management of natural and manmade disasters - the present and the future // Официальный сайт АСКМ СИТИС: Спрут. 2011. http://sprut.sitis.ru/documents (дата обращения 15.03.2014)). Испытательный стенд и схема расположения приборов отражены на рис. 3 и 4.
При контрольных испытаниях, за исключением испытания № 1, изделия доводились до разрушения, что характеризовалось резким нарастанием прогибов, развитием и раскрытием трещин при последнем этапе нагрузки.
Таблица 5
№ испытания £
1 0,00147
2 0,003354
3 0,002099*
* Данные, полученные при помощи накладного тензометра.
В процессе испытаний регистрировались значения нагрузки и соответствующий прогиб при разрушении, характер разрушения изделия.
Нагрузка прикладывалась поэтапно ступенями с выдержкой на каждом этапе не менее 10 мин [8]. Величины промежуточных и контрольных нагрузок указаны в табл. 3.
Результаты проведения испытаний
В ходе проведения испытаний средняя нагрузка, переданная на плиту, составила 171,7 кН. При испытании плиты № 1 признаков разрушения конструкции зафиксировано не было, а в ходе проведения испытания № 2 и 3 плиты были доведены до разрушения. Результаты проведения испытаний приведены в табл. 4. Характерная картина образования трещин приведена на рис. 5.
Оценка результатов испытаний
Прочностные характеристики плит перекрытия. По результатам испытания № 1 плита перекрытия не была доведена до разрушения; нагрузка переданная на последнем этапе нагружения, составила 171,7 кН. По результатам испытаний № 2 и 3 разрушающая нагрузка на плиту перекрытия составила 159,5 кН.
Характер разрушения плиты в испытаниях № 2 и 3 соответствует первому случаю согласно п. Б.3 ГОСТ 8829-94 - разрушение от достижения в рабочей арматуре нормального сечения напряжений, соответствующих пределу текучести (условному пределу текучести) стали. При этом фак-
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Рис. 5. Расположение характерных трещин на верхней поверхности (а); на свободной грани (б) и на нижней поверхности (в) плиты перекрытия после проведения испытания
тическое значение коэффициента безопасности при испытании № 2 и 3 составляет С=1,6 против С=1,35 для случая № 1 разрушения согласно табл. Б1 ГОСТ 8829-94.
По результатам проведения трех испытаний на нижней поверхности плиты были зафиксированы относительные деформации (индикатор И1, тензометр Т1), отраженные в табл. 5.
Жесткостные характеристики плит перекрытия. По результатам испытания № 1 прогиб (здесь и далее под прогибом подразумевается стрела прогиба, определенная с учетом показаний прогибомеров на опорах) свободной стороны плиты перекрытия составил 4,23 мм при передаче нагрузки 171,7 кН; при испытаниях № 2 и 3 - 7,43 и 11,26 мм соответственно при нагрузке 159,5 кН.
Предельная величина прогиба плиты перекрытия пролетом I = 5480 мм в соответствии с СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» [ / ] = 1/193=28,3 мм.
Таким образом, прогибы, зафиксированные при всех трех испытаниях, не превышают предельной величины. Зависимость прогибов от этапов нагружения отражена на рис. 6.
Трещиностойкость плит перекрытия. По результатам испытания № 1 первые волосяные трещины на плите перекрытия образовались при нагрузке 92,7 кН. Наибольшая ширина раскрытия трещин, равная асгс = 0,15 мм, была зафиксирована при нагрузке 171,7 кН. По результатам испытаний № 2 и 3 первые волосяные трещины на плите перекрытия образовались при нагрузке 68,3 кН и 37,3 кг соответственно. Наибольшая ширина раскрытия трещин при испытаниях № 2 и 3, равная асп, = 0,5 мм и асп, = 0,8 мм соответственно, была зафиксирована при нагрузке 171,6 кН.
Выводы
В ходе проведения испытаний плиты ПП 56.28 с фибролитовыми пустотообразователями были получены следующие показатели:
- прогибы, зафиксированные при контроле жесткости под нагрузкой 42,7 кН, составили 1,14 мм;
- прогибы, зафиксированные при передаче нормативной эксплуатационной нагрузки 67,1 кН, составили 1,81 мм; наибольшая ширина раскрытия трещин асгс = 0,15 мм;
- прогибы, зафиксированные при передаче расчетной эксплуатационной нагрузки 79,3 кН, составили 2,04 мм; наибольшая ширина раскрытия трещин асгс = 0,15 мм;
- полезная нагрузка, переданная на плиту до окончания испытаний или разрушения, 11 кПа и 10,28 кПа;
По результатам натурных испытаний установлено, что плиты ПП 56.28 соответствуют требованиям ГОСТ 8829-94 по прочности, жесткости и трещиностойкости. Таким образом, применение данных плит для перекрытия ячейки каркасного здания является более эффективным по сравнению с использованием пустотных плит перекрытия в виду меньшей энергоемкости производства за счет отсутствия предварительного напряжения арматуры, меньшей трудоемкости при производстве плит и доступности технологической оснастки. Кроме перечисленных достоинств конструктивная особенность - опирание плиты по трем сторонам позволяет снизить металлоемкость конструкции, а использование фибролитовых плит по сравнению с плитами из поли-стиролов делает конструкцию более экологичной. В целом работа как отдельных узлов плиты, так и плиты в составе каркаса здания требует дальнейших исследований с целью возможной оптимизации конструкции.
Список литературы
1. Бадалова Е. Н. Прочность по нормальному сечению железобетонных многопустотных плит перекрытий, усиленных арматурой из углеродных волокон // Вестник Полоцкого государственного университета. 2011. № 16. С. 60-66. ^
Крупнопанельное домостроение
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
2. Карякин A.A., Сонин С.А., Попп П.В., Алилуев М.В. Испытание натурного фрагмента сборно-монолитного каркаса системы АРКОС с плоскими перекрытиями // Вестник ЮУрГУ. Серия: строительство и архитектура. 2009. № 35 (168). С. 16-20.
3. Мордич А.И., Галкин С.Л. Результаты испытания сборно-монолитного перекрытия каркасного здания вертикальной нагрузкой // Строительная наука и техника. 2011. № 3 (36). http://bsc.by/story/ (дата обращения 25.03.2014).
4. Косых A.A., Сурсанов Д.Н. Проблемы мониторинга объектов культурного наследия в условиях нового строительства в соответствии с действующими нормативными документами // Вестник ПНИПУ «Строительство и архитектура». 2013. № 1 (9). С. 75-88.
5. Карькин И.Н., Сташков А.Н. Исследование способов крепления тензоме-трических датчиков струнного типа // МОНИТОРИНГ. Наука и безопасность. 2012. № 3 (7). С. 86-89.
6. Пономарев А.Б., Офрихтер В.Г. Необходимость системного мониторинга эксплуатируемых сооружений с целью обеспечения их конструктивной безопасности // Вестник центрального регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук. 2006. С. 134.
7. Сазонова С.А., Бочкарева Т.М. Моделирование гидроизоляционной системы подземных зданий и сооружений глубокого заложения // Вестник ПНИПУ «Урбанистика». 2012. № 2. С. 54-65.
8. Яров В.А., Коянкин A.A., Скрипальщиков К.В. Исследования напряженно-деформированного состояния монолитных перекрытий, выполненных с теплоизолирующими вставками // Вестник МГСУ. 2010. № 1. С. 107-112.
References
1. Badalova E.N. Durability in normal way to the section of ferroconcrete multihollow plates of the overlappings strengthened by fittings from carbon fibers. Vestnik Polotskogo gosudarstvennogo universiteta. 2011. No. 16, pp. 60-66. (In Russian).
2. Karyakin A.A., Sonin S.A., Popp P.V., Aliluev M.V. Test of a natural fragment of a combined and monolithic framework of system of ARKOS with flat overlappings // Vestnik YuUrGU. Seriya: stroitefstvo i arkhitektura. 2009. No. 35 (168), pp. 16-20. (In Russian).
3. Mordich A.I., Galkin S.L. Results of test of combined and monolithic overlapping of the frame building vertical loading // Stroitel'naya nauka i tekhnika. 2011. No. 3 (36). http://bsc.by/story/ (address date 25.03.2014). (In Russian).
4. Kosykh A.A., Sursanov D.N. Problems of heritage buildings monitoring in case of new constructing in compliance with the laws. Vestnik PNIPU «Stroitef stvo i arkhitektura». 2013. No. 1 (9), pp. 75-88. (In Russian).
5. Kar'kin I.N., Stashkov A.N. Research of ways of fastening of tensometric sensors of string type. MONITORING. Nauka i bezopasnost'. 2012. No. 3 (7), pp. 86-89. (In Russian).
6. Ponomaryov A.B, Ofrikhter V.G. Need of system monitoring of operated constructions for the purpose of ensuring their constructive safety. Vestnik tsentrai'nogo regional'nogo otdeleniya Rossiiskoi akademii arkhitektury i stroitel'nykh nauk. 2006, pp. 134. (In Russian).
7. Sazonova S.A., Bochkareva T.M. Modeling of waterproofing system of underground buildings and constructions. Vestnik PNIPU «Urbanistika». 2012. No. 2, pp. 54-65. (In Russian).
8. Yarov V.A., Koyankin A.A., Skripal'shchikov K.V. Researches intense the deformed condition of the monolithic overlappings executed with heat-insulating inserts. Vestnik MGSU. 2010. No. 1, pp. 107-112. (In Russian).
IIIIIIIII III
NEMETSCHEK
Engineering
Allplan Precast
Программное решение для заводов сборных конструкций
От архитектурного плана или даже идеи - к комплекту индивидуальных изделий, с автоматическим получением рабочих чертежей
Включая подготовку производства, управление машинами, логистику и учет
При необходимости - проектирование всех разделов, одновременно, на русском языке, по СНиП и ГОСТ
Думать в новых измерениях
Nemetschek Engineering GmbH www.nemetschek-engineering.com
Генеральный партнер в СНГ: Allbau Software GmbH
Список офисов и партнеров в СНГ: www.allbau-software.de
Берлин / Москва / Киев / Минск / Астана □
OJ
software 0JJ
PLLBdU
