ГРНТИ 67.11.31
Жолдыбаев Шахман Серикбаевич
к.т.н., доцент, кафедра «Технологические машины и строительства»,
Жезказганский университет имени О.А. Байконурова,
г. Жезказган, 600100, Республика Казахстан,
e-mail: [email protected]
Омаров Жумабек Мухтарович
к.т.н., ассоц. профессор (доцент), кафедра «Архитектура и дизайн», Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан, e-mail: [email protected] Жандалинова Кульжамал Айтпаевна
к.т.н., ассоц. профессор (доцент), кафедра «Архитектура и дизайн»,
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова,
г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан,
e-mail: [email protected]
Оразова Динара Казбековна
PhD, ассоц. профессор (доцент), кафедра «Промышленное,
гражданское и транспортное строительство»,
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан, e-mail: [email protected]
НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ФРАГМЕНТОВ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЙ
Трехслойные плиты перекрытий над техподпольем и чердачных перекрытий со средним слоем из пенополистирола до последнего времени разрабатывались с промежуточными сквозными ребрами из тяжелого бетона, являющимися, как правило, мостиками холода, а также усложняющими и утяжеляющими их конструкцию. Для повышения эффективности строительства жилых домов вместо указанных трехслойных конструкций и сплошных железобетонных плит перекрытий были предложены конструкции плоских трехслойных плит перекрытий со средним слоем из пенополистирола без внутренних рёбер. Проведены экспериментальные исследования образцов-фрагментов железобетонных трехслойных плит перекрытий со средним слоем из пенополистирола не имеющих внутренних ребер, в отличие от других конструкций, что является «мостиком» холода. Все размеры: толщины слоев и концевых ребер, пролет фрагмента, армирование соответствует плитам перекрытия. Приводятся экспериментальные данные на прочность и рекомендации к расчету.
Ключевые слова: образцы-фрагменты, плиты перекрытия, пенополистирол, верхний и нижний бетонный слой, сетка, теплоизолирующий слой, армирование, теплотехнический расчет, каркас, расчетная температура, мостик холода, трехслойная плита.
ВВЕДЕНИЕ
Для повышения эффективности строительства жилых домов вместо указанных трехслойных конструкций и сплошных железобетонных плит перекрытий были предложены конструкции плоских трехслойных плит перекрытий со средним слоем из пенополистирола без внутренних рёбер [1-3].
Трехслойные плиты перекрытий над техподпольем и чердачных перекрытий со средним слоем из пенополистирола до последнего времени разрабатывались с промежуточными сквозными ребрами из тяжелого бетона, являющимися, как правило, мостиками холода, а также усложняющими и утяжеляющими их конструкцию [4-8].
В целях унификации технологического процесса комплексные плиты были запроектированы с габаритными размерами, полностью повторяющими габариты междуэтажных перекрытий. Общая толщина плит перекрытий при этом составляет 160 мм [9-13].
Толщина среднего теплоизолирующего слоя трехслойных плит определена теплотехническими расчетом согласно СНиП П-3-79хх. Расчетные температуры воздуха в соответствии с проективной практикой приняты: в жилых помещениях £ " 20"С, в подвале С^ 5': С., в теплом чердаке12 0 С. Согласно расчету необходимая толщина среднего слоя для плит перекрытий над тех подпольем равна ^ = 23,5 мм, принята с запасом ^ =30 мм. Толщина верхнего бетонного слоя принята 60 мм, с учетом этого толщина нижнего бетонного слоя принята 70 мм.
Трехслойные плиты, опертыми по контуру, ввиду неоднородности их сечений от пролета до краевых ребер и работы в двух направлениях невозможно было в одинаковой степени изучить характер трещинообразования и разрушения сечений, находящихся в условиях резко различного напряженного состояния, особенно в местах примыкания ребер. Поэтому на первом этапе исследования с целью выявления особенностей и характер трещинообразования и разрушения приопорных участков плит испытывались балочные образцы-фрагменты. Для плит перекрытий, опертых по контуру, они представляли собой как бы вырезанные из средней части реальной плиты полоски, полностью имитирующие общую толщину, толщины слоев, ширину краевых ребер, длину пролета, соответствующую короткому пролету плит, опертых по контуру. Армирование фрагментов было близким к реальным плитам.
Толщина контурных рёбер определялась на основании расчётов: а) на сдвигающие усилия по формуле
,
где Т - действующее сдвигающее усилие в ребре
(1)
- предельное усилие сопротивления сдвигу
Т=
(2)
т - скалывающие напряжения у опоры, определяемые из выражения:
(3)
^ , ^ - толщины нижнего и верхнего слоёв;
Кт - эмпирический коэффициент, равный 0,5, учитывающий сопротивление сдвигу по контактам слоёв;
- толщина опорного ребра;
Согласно результатам этих расчётов, прочностные и теплотехнические характеристики обеспечиваются при толщине контурного ребра для плит перекрытия = 100-150 мм. Для плит перекрытий приняты вw = 150 мм.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Образцы-фрагменты изготавливались в экспериментальном цехе ЗЖБИ в металлической опалубке. Заготовленные арматурные сетки устанавливались в предварительно смазанную масляной эмульсией форму. Для фиксации арматурных сеток в проектном положении применялись стандартные пластмассовые и проволочные фиксаторы. Для контроля толщины нижнего бетонного слоя на бортах опалубки наносились линии краской и контролировались щупом. Бетонная смесь укладывалась в форму до отметки с последующим уплотнением вибрацией без заглаживания, затем на нижний бетонный слой укладывались плиты пенополистирола марки ПСБ и устанавливалась верхняя распределительная сетка, после чего производилась укладка бетона верхнего слоя с уплотнением и заглаживанием.
После выдержки образцов в форме, в условиях естественного твердения при положительной температуре воздуха в помещении формовочного цеха в течение 6-7 дней производилось их распалубливание, далее они хранились в тех же условиях до испытаний. Одновременно с бетонированием образцов производилось бетонирование стандартных призм размерами 100х100х400 мм и кубов размерами 100х100х100 мм. Кубы и призмы выдерживались в тех же условиях, что и образцы. Для выявления физико-математических свойств рабочей арматуры по каждому классу были заготовлены по три стержня длиной 400 мм. Характеристики балочных образцов фрагментов трехслойных плит перекрытий приведены в таблице 1.
Опирание фрагментов производилось по двум сторонам, по балочной схеме. Нагрузка создавалась тарированными штучными грузами массой по 20 кг, равномерно распределенными по поверхности плит. Нагружение фрагментов производилось ступенями по 0,05-0,07 от теоретической разрушающей нагрузки. В процессе испытаний измерялись прогибы верхнего и нижнего слоя фрагментов прогибомерами с ценой деления 0,01 мм, осадка опор при помощи индикаторов часового типа с ценой деления 0,01 мм. Ширина раскрытия трещин на различных этапах нагружения измерялась при помощи переносного микроскопа и трафаретом с ценой деления 0,05 мм. Для измерения деформаций бетона в наиболее напряженных точках применялись датчики сопротивления типа ПКБ с базой 50 мм.
Общие виды испытаний фрагментов и расположение приборов и трещин показаны на рисунке 1 и физико-механические характеристики арматурной стали, бетона и пенополистирола в таблицах 2, 3 и 4.
Таблица 1 - Характеристики балочных образцов фрагментов трехслойных плит перекрытий
Обозначение фрагментов Количество Размеры, см Армирование
L В 11 1т нижнего слоя верхнего слоя опорного узла торцевых ребер
ФП1 1 360 30 16 7 206 208 208 6 205 205 3 206 205 15 208 205 206 205
ФП2,3 2
ФП4 1
ФП5 1
ФП6 1 Без среднего слоя 208 105 206 205
ФП7 1 250 30 7 16 8 5 3 15 306 304 304
ФП8 1 6
Примечания: Бетон нижнего и верхнего слоев тяжелый класса В15. Средний слой - из пенополистерола класса ПСБ р=40 кг/м3. Класс арматуры: нижнего слоя и опорного узла А-Ш, верхнего слоя и ребер Вр-1. Фрагменты ФП7 и
О " "
8 испытывались на действие длительной нагрузки.
Рисунок 1 - Общий вид балочного образца-фрагмента ФП1 во время испытаний
Таблица 2 - Физико-механические характеристики бетона
Обозначение фрагментов Кубиковая прочность Призменная прочность Прочность при растяжении Начальный модуль упругости х 10-3
МПа
ФП1 20,05 15,04 1,52 21,5
ФП2 14,35 10,76 1,00 19,0
ФП3 14,35 10,76 1,00 19,0
ФП4 13,87 10,40 1,77 19,0
ФП5 20,86 15,64 1,84 21,4
ФП6 11,88 8,92 1,00 18,0
ФП7 10,93 8,20 1,50 24,5
ФП8
Таблица 3 - Физико-механические характеристики арматурной стали
Диаметр и класс Предел текучести Предел прочности Модули упругости Относительное удлинение, %
МПа
0 4(3,8) Вр-1 - 743 1,8 3,1
0 5(4,8) Вр-1 408 651 1,7 3,7
0 6(6,1) А-Ш 552 795 2,0 21,2
0 8(8,1) А-Ш 480 727 2,0 23,3
Примечание: В скобках - фактические диаметры образцов.
Таблица 4 - Физико-механические свойства пенополистирола
Марка пенополистирола Плотность кг/м3 Предел прочности Модуль деформации Сжимаемость
МПа
ПСБ-30 28,0 0,22 4,4 0,08
Исчерпание несущей способности образцов-фрагментов происходило в пролете при значительном нарастании прогибов и умеренном раскрытии пролетных и приопорных трещин.
Теоретическая значения несущей способности фрагментов плит перекрытий при изгибе определялись по формулам п. 3.15 СНиП [14]
где: - момент внутренних сил, определяемый по формуле (28) СНиП [14] при этом рабочая высота элемента определялась с учетом среднего слоя.
Как видно из таблицы 5 опытные значения способности в среднем на 7 % превысили теоретические с разбросам -н--]1^, в целом получено достаточно удовлетворительная сходимость опытных и теоретических значений.
Из общей теории железобетона известно, что работа приопорных участков изгибаемых элементов в основном определяется совместным действием поперечной силы и изгибающего момента. Поскольку у фрагментов отсутствовало совместным действием арматура (хомуты), в основу расчёта прочности по наклонным сечениям было предположение, что поперечная сила воспринимается лишь бетонном в наклонной трещине. Для исследуемых фрагментов опытные значения поперечной силы равны
(5)
где - максимальная опытная нагрузка (таблица 6).
Таблица 5 - Несущая способность ф
рагментов плит перекрытий по пролету
Нагрузки (кПа) и их соотношения Обозначения фрагментов
ФП1 ФП2 ФП4 ФП5
Несущая способность Опытная 13,63 10,3 14,0 13,63
Теоретическая ^ 13,41 8,66 13,16 13,24
1,02 1,19 1,06 1,03
Предельные величины внутренних поперечных усилий определялись по формуле
где Ь - рабочая высота нижнего бетонного слоя, равна
- }}' - а
С - длина проекции наклонной трещины на продольную ось элемента, принятая по результатом опытов в пределах
/г „<С<11
¿1
- ширина опорного ребра;
Остальные обозначения - по СНиП [14].
Принимая значение С= 1,1 Ь , подставляя в формулу (6) и решая совместно с формулой (5), находим значение эмпирического коэффициента , учитывающего влияние продольных сил, которое по абсолютной величине близко к рекомендуемому СНиП [14] предельному, равному (-0,8).
Как видно из таблицы 6, при полученных значениях параметров «с» и «■?>„» получено удовлетворительная сходимость опытных и теоретических значений несущей способности по наклонным сечениям, в среднем 1,0 с разбросом - ] 4 =
Таблица 6 - Несущая способность фрагментов плит перекрытий по наклонным сечениям
Опытные величины Теоретические величины
Обозначение
фрагментов ,■ , кПа , кН , кПа ■. , кН
ФП1 13,63 6,75 13,15 6,47 1,04
ФП2 10,3 5,1 8,64 4,25 1,20
ФП4 14,0 6,93 15,30 7,55 0,92
ФП5 13,63 6,75 15,91 7,93 0,86
В применениях в жилых зданиях плитах, опертых по контуру, поперечные силы и моменты у опор согласно /90/, исходя из расчетных нагрузок, существенно ниже, чем для балочных плит (рисунок 2), так, для плит, перекрывающих максимальную ячейку 3,6х5,7 м, максимальные значения поперечных сил у середины длинных краев на 13 % меньше, чем у балочных фрагментов плит перекрытий. Следовательно, результаты опытов на фрагментах показывают, что спертые по контуру трехслойные плиты перекрытий будут иметь достаточную несущую способность от внешних сил.
Из рисунка 2 видно также, что распределение поперечных сил и изгибающих моментов вдоль опорного контура существенно неравномерно и подчиняется параболическому закону с максимальными ординатами в серединах краев, а далее к углам довольно резко убывает, что создает благоприятную ситуацию при конструировании опертых по контуру трехслойных плит.
На рисунке 3 показано виды разрушений фрагментов трехслойных плит перекрытий
■ 11 \
___поперечные силы в балочных фрагментов плит пролетом — /.
Рисунок 2 - Расположение поперечных сил у краев и моментов у опор плит,
опертых по контуру
а) с заполнением среднего слоя пенополистиролом; б) без заполнения среднего слоя Рисунок 3 - Виды разрушений фрагментов трёхслойных плит перекрытий
ВЫВОДЫ
1 Экспериментальные исследования по проверке прочности балочных фрагментов трехслойных плит перекрытий показали, что они обладают достаточным запасом прочности.
2 Расчет фрагментов трехслойных плит перекрытий производился по прочности пролетных сечений по п.3.15 СНиП [14] с учетам среднего слоя на полную рабочую высоту сечения.
3 В применяемых в жилых зданиях плитах перекрытий, опертых по контуру, поперечные силы, исходя из расчетных нагрузок, существенно ниже, чем для балочных плит. Следовательно, результаты опытов на фрагментах показывают,
что опертые по контуру трехслойные плиты перекрытий жилых зданий будут иметь достаточный запас прочности от внешних сил.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Жолдыбаев Ш. С., Омаров Ж. М., Жандалинова К. А., Оразова Д. К.
Трещиностойкость железобетонных балочных фрагментов трехслойных плит перекрытий // Наука и техника Казахстана. - 2019. - № 3. - C.
2 ГОСТ 8829-85. Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Методы испытаний нагружением и оценка прочности, жёсткости и трещиностойкости. - М. : Издательство стандартов, 1985.
3 Жемочкин Б. Н., Синицын А. П. Практические методы расчета балок и плит на упругом основании. - М. : Госстройиздат, 1962.
4 Пособие по проектированию конструкций жилых зданий. - М. : Стройиздат, 1989.
5 Залесов А. С., Кодыш Э. Н., Лемыш Е. Е., Никитин И. К. Расчет железобетонных конструкций по прочности, трещиностойкости и деформациям.
- М. : Стройиздат, 1988. - 320 с.
6 Жолдыбаев Ш. С., Омаров Ж. М., Жандалинова К. А., Оразова Д. К. Железобетонные трехслойные плиты покрытия для тёплых чердаков // Наука и техника Казахстана. - 2019. - № 2. - C.
7 Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. -
- М. : Стройиздат, 1991. - 767 с.
8 Попов Н. Н., Забегаев А. В. Проектирование и расчет железобетонных и каменных конструкций. - М. : Высшая школа, 1989. - 400 с.
9 СНиП 2.03.01 - 84*. Нормы проектирования. Бетонные и железобетонные конструкции. - М., 1985. - 97 с.
10 Байков В. Н., Стронгин С. Г. Строительные конструкции - М. : Стройиздат, 1980.
11 Барашиков А. Я. и др. Железобетонные конструкции. - Киев, 1984.
12 Мандриков А. П. Примеры расчёта железобетонных конструкций. - М. : Стройиздат, 1989. - 512 с
13 СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. - М. : 1986. - 34 с.
14 СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. - М. : Стройиздат, 1985.
Материал поступил в редакцию 16.09.19.
Омаров Жумабек Мухтарович
т^.к., доцент, кауымд. профессор (доцент), «Сэулет жэне дизайн» кафедрасы,
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к., 140008, ^азакстан Республикасы, e-mail: [email protected].
Жолдыбаев Шахман Серикбаевич
t.f.k., доцент, «Технологияльщ машиналар жэне курылыс» кафедрасы, Э. А. Байкоцыров атындаFы ЖезказFан университетi, ЖезказFан к., 600100 Казахстан Республикасы, e-mail: [email protected]. Жандалинова Кульжамал Айтбаевна
t.f.k., доцент, кауымд. профессор (доцент) «Сэулет жэне дизайн» кафедрасы,
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекеттiк университетi,
Павлодар к., 140008, Казакстан Республикасы,
e-mail: [email protected].
Оразова Динара Казбековна
PhD, кауымд. профессор (доцент), «Энеркэсштж жэне келж курылысы» кафедрасы, С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекеттiк университетi, Павлодар к., 140008, Казакстан Республикасы, e-mail: [email protected]. Материал баспаFа 16.09.19.тYстi.
Жабын плиталары фрагменттершщ квтергiш цабивт
Соцгы уацытца дейт пенополистиролдыц орта цабаты бар уш цабатты жабын плиталары ауыр бетоннан жасалган аралъщ mecin втетш цабыргалармен эзiрленген, сондай-ац олардыц цурылымын кyрдeлeндiрemiн жэне ауырлататын суыц квтр болып табылады. Тургын уй цурылысыныц тшмдШгш арттыру ушш аталган уш цабатты конструкциялардыц жэне аражабындардыц тутас meмiрбemон плиталарыныц орнына шю цабыргалары жоц пенополистиролдан орташа цабатты жабындардыц жалпац уш цабатты плиталарыныц конструкциялары усынылды. 1шш цабыргалары жоц пенополистиролдан жасалган орташа цабаты бар аражабынныц meмiрбemон уш цабатты плиталарыныц улг^фрагменттерте эксперименталдыц зерттеу жyргiзiлдi, басца конструкцияларга цараганда бул суыцтыц «квniрi» болып табылады. Барлыц влшeмдeрi: цабаттар мен шетт цабыргалардыц цалыцдыгы, фрагменттщ аралыгы, арматуралау жабу тацталарына сэйкес кeлeдi. Бержтжке эксперименттж деректер жэне есептеуге усыныстар кeлmiрiлeдi.
Кiлmmi свздер: улгшер-фрагменттер, жабын плиталары, квбж полистирол, жогаргы жэне mвмeнгi бетон цабаты, тор, жылу оцшаулагыш цабат, арматуралау, жылу техникалыц есептеу, цаццасы, есептж температура, суыцтыц квniрi, уш цабатты плита.
Zholdybaev Shakhman Serikbaevich
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor,
Department of «Technological Machines and Construction»,
O. A. Baykonurov Zhezkazgan University,
Zhezkazgan, 600100, Republic of Kazakhstan,
e-mail: [email protected]
Omarov Zhumabek Mukhtarovich
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor,
Department of Architecture and Design,
S. Toraighyrov Pavlodar State University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan,
e-mail: [email protected]
Zhanalinova Kulzhamal Aytpayevna
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor,
Department of Architecture and Design,
S. Toraighyrov Pavlodar State University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan,
e-mail: [email protected]
Orazova Dinara Kazbekovna
PhD, Associate Professor,
Department of Industrial, Civil and Transport Construction, S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan, e-mail: [email protected] Material received on 16.09.19.
Bearing ability of floor slabs fragments
Until recent time three-layer floor slabs above the crawl space and garret floors with a middle layer of expanded polystyrene have been developed with intermediate through ribs of heavy concrete, which are usually considered as bridges of cold, as well as complicating and weighing them. To improve the efficiency of residential buildings, construction instead of the above three-layer structures and solid reinforced concrete, the designs of flat three-layer floor slabs with a middle layer of expanded polystyrene without internal edges were proposed. Experimental studies of sample fragments of reinforced concrete of three-layer floor slabs with a middle layer of expanded polystyrene without internal edges, unlike other designs, which is a bridge of cold, have been carried out. All sizes: the thickness of the layers and end ribs, the span of the fragment, the reinforcement corresponds to the floor slabs. Experimental strength data and recommendations for calculation are given.
Keywords: sample fragments, floor slabs, polystyrene foam, upper and lower concrete layer, mesh, heat insulating layer, reinforcement, heat engineering calculation, frame, design temperature, cold bridge, sandwich plate.