CC BY
16Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Monolithic construction
УДК 621.6.072
А.В. ГРАНОВСКИЙ1, канд. техн. наук ([email protected]); А.Л. МОЧАЛОВ2, инженер
1 ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко АО НИЦ «Строительство» (109428, Москва, ул. 2-я Институтская, 6, к. 1) 2 ООО «Бюро внедрения» (129085, Москва, ул. 3-я Мытищинская, 3, стр. 1)
Новое конструктивное решение арматурного каркаса узловых зон железобетонных плит с применением листового проката
Предложено новое конструктивное решение узловых зон опирания монолитных железобетонных плит перекрытия на колонны и колонн на фундаментные плиты в зданиях различного назначения. В качестве альтернативы стержневым пространственным арматурным каркасам, устанавливаемым в зонах продавливания плит, предложено применять комбинированные каркасы с использованием стержневой и листовой арматуры. Проведены экспериментальные исследования прочности железобетонных плит с размерами 300x300 см и толщиной 50 см на действие локальной поперечной силы. Показано, что предложенная схема листового армирования опорных зон монолитных железобетонных плит вместо применяемых типовых конструктивных решений армирования этих зон с использованием поперечных арматурных каркасов позволяет устранить возникновение опасных силовых трещин в плитах, обеспечить работу бетона на срез и тем самым существенно повысить их несущую способность в зонах продавливания. По результатам эксперимента отмечено, что на всех этапах нагружения вплоть до разрушения листовая арматура деформируется совместно с бетоном. При этом разрушение образцов происходило без разделения конструкций на отдельные фрагменты, как это имеет место при испытании плит на продавливание, армированных только поперечной арматурой. Предложенное конструктивное решение армирования узловой зоны плит перекрытия и фундаментных плит на участке опирания колонн было применено на конкретных объектах, возведенных в Москве и Санкт-Петербурге, и показало их высокую технологичность и надежность, а также экономическую эффективность.
Ключевые слова: фундаментные плиты, плиты перекрытия, листовое армирование, продавливание, срез бетона.
A.V. GRANOVSKY1, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]); A.L. MOCHALOV2, Engineer 1 TSNIISK named after V.A. Kucherenko, JSC "Research Center of Construction" (6/1, 2nd Institutskaya Street, 109428, Moscow, Russian Federation) 2 "Byuro Vnedreniya", OOO (3/1, 31"* Mytishchinskaya Street, 127490, Moscow, Russian Federation
New Structural Solution for Reinforcing Cage of Junction Zones of Reinforced Concrete Slabs
with the Use of Sheet Products
A new structural solution of junction zones of resting of monolithic reinforced concrete floor slabs on columns and columns on foundation slabs in buildings of various purposes is presented. As an alternative to bar spatial reinforcement frames installed in zones of slabs pushing, it is proposed to use combined frames with the use of bar and sheet reinforcements. Experimental studies of the strength of reinforced concrete slabs with sizes of of 300x300 cm and a thickness of 50 cm to the action of a local transverse force have been conducted. It is shown that the scheme of sheet reinforcement of support zones of monolithic reinforced concrete slabs proposed instead of the used standard structural solutions of reinforcement of these zones with the use of transverse reinforcement cages makes it possible to eliminate the appearance of dangerous forced cracks in slabs, to ensure the operation of concrete in shear and thus considerably increase their bearing capacity in pushing zones. On the basis of experimental results, it is noted that at all stages of destruction until the destruction itself, the sheet reinforcement is deformed together with the concrete. At that the destruction of samples takes place without the separation of structures for separate fragments as it is when testing slabs reinforced with transverse reinforcement only for pushing. The proposed structural solution of reinforcement of the junction zone of floor slabs and foundation slabs at the section of columns resting was used at concrete objects constructed in Moscow and St. Petersburg and demonstrated their high workability and reliability as well as economic efficiency.
Keywords: foundation slabs, floor slabs, sheet reinforcement, pushing, concrete shear.
Переход от типовых проектных решений жилых, общественных и производственных зданий к зданиям с широким шагом несущих конструкций и повышенной этажности связан с ростом уровня нагружения конструкций и их узловых соединений - зон опирания плит перекрытий на колонны и колонн на фундаментные плиты. Прочность и жесткость узлов монолитных железобетонных плит, как фундаментных, так и плит перекрытий, определяется их способностью воспринимать значительные сосредоточенные силы без образования опасных силовых трещин.
Многолетний отечественный и зарубежный опыт исследований и практической реализации монолитных узлов [1-8] показал, что даже при значительном повышении
процента поперечного армирования не происходит существенного приращения несущей способности плит при про-давливании, поскольку значение напряжений отрыва при появлении опасных наклонных трещин не превышает Rbl. Для плит толщиной более 300 мм, как показали исследования Н.Н. Коровина [6], напряжения отрыва могут не превосходить 0,7 Ru. Эта важная особенность нашла отражение в действующих нормах проектирования, где восприятие арматурой продавливающей сосредоточенной силы ограничено 50% от общей величины усилия продавливания.
Таким образом, для повышения несущей способности при продавливании конструктор располагает тремя возможностями: повышением прочности бетона, насыщением
12'2016
37
Монолитное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
(до определенного предела) узловых зон арматурой и увеличением габаритов сечения узловой зоны, т. е. устройством капителей. Эти возможности широко используются в практике монолитного строительства и существенно
Рис. 1. Пространственный каркас, объединяющий листовое и стержневое армирование
Рис. 2. Листовой элемент узловой зоны железобетонной плиты в процессе сборки
6
"VTT
ГТ
1 5 15
6
-
■3
3-
///////
Рис. 3. Схема испытаний железобетонных плит на продавли-вание: 1 — опытный образец; 2 — пуансон; 3 — опорный контур; 4 — опорный столик; 5 — опорная плита; 6 — опорный элемент; 7 — плита пресса
ухудшают экономические и эксплуатационные показатели каркасов. Кроме этого, при высоком насыщении стержневой арматурой узловых зон плит осложняется контроль качества заполнения их бетоном, что также снижает их надежность.
Рассмотренные выше факторы, снижающие надежность узловых зон железобетонных плит, носят объективный и системный характер и не могут быть преодолены в рамках сложившейся традиционной практики использования пространственных стержневых каркасов. В качестве рациональной альтернативы стержневым пространственным каркасам предлагается применять комбинированные каркасы с использованием стержневой и листовой арматуры (рис. 1, 2). Использование листового армирования в предлагаемом конструктивном решении арматурного каркаса узловых зон железобетонных плит позволяет учесть следующие факторы:
- поперечное армирование воспринимает часть сосредоточенной силы;
- листовое армирование выполняет функцию косвенного армирования, препятствующего возникновению опасных силовых трещин в плите и обеспечивающего работу бетона на срез, что создает условия для выявления существенных резервов несущей способности узловых зон.
Для оценки влияния листового армирования в предложенном конструктивном решении арматурного каркаса узловой зоны железобетонной плиты [9] во ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт им. академика А.И. Крылова» по разработанной программе были проведены экспериментальные исследования прочности железобетонных плит с размером в плане 3x3 м и толщиной 0,5 м при действии локальной силы.
Объектами испытаний являлись узловые участки железобетонных плит, армированные по специальной схеме листовой и незакрепленной стержневой арматурой (рис. 1). Плиты отличались диаметром использованной стержневой арматуры - арматура А500С D20, арматура А500С D25 и арматура А111 D32 Ст35гс. Пластины были изготовлены из Ст. 3 толщиной 6 мм и размером 500x3000 мм. Прочность бетона экспериментальных образцов определялась по результатам испытаний образцов-кубов и изменялась от 17 до 22,6 МПа.
Задачи натурного эксперимента:
- определение жесткости свободно опертой по контуру плиты под действием локальной статической нагрузки;
- определение деформаций и напряжений в стержневой и листовой арматуре тензометрическим методом в процессе нагружения вплоть до потери несущей способности;
- определение несущей способности плит при трех вариантах стержневого армирования;
- получение формы разрушения узловой зоны железобетонной плиты.
На рис. 3 показана схема силовой рамы для испытания опытных образцов на продавливание. Стенд состоит из пуансона, опорного контура и опорной плиты, опорного столика, на который устанавливается опытный образец, плиты пресса и опорного элемента, через который передается сосредоточенная нагрузка на плиту. На рис. 4 показан общий вид железобетонной плиты в момент установки ее в силовую раму. В результате проведения натурного эксперимента впервые получены экспериментальные данные о несущей способности и разрушении узловых зон желе-
38
12'2016
2
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Monolithic construction
Рис. 4. Опытный образец в стенде для испытаний: 1 — ж/б плита; 2 — плита пресса; 3 — опорный контур
зобетонных плит со смешанным армированием (листовая и стержневая арматура) при действии локальной статической нагрузки в центре плиты. Условие опирания плит по контуру близко к шарнирному.
Анализ результатов экспериментальных исследований прочности железобетонных плит при действии локальной продавливающей нагрузки позволил выяснить следующее:
- деформирование элементов арматуры носило ярко выраженный нелинейный характер по отношению к монотонно возрастающей нагрузке;
- на всех этапах нагружения вплоть до разрушения листовая арматура деформировалась совместно с бетоном. Отслоение листовой арматуры (рис. 5) от бетона происхо-
Рис. 5. Характер разрушения плиты с листовой арматурой
дило на стадии, предшествующей разрушению при деформациях до 1%;
- при статическом кратковременном нагружении кривая деформирования носила плавный характер с выраженным нисходящим участком. При этом остаточная несущая способность составляла не менее 50% от разрушающей нагрузки (рис. 6);
- разрушение образцов происходило без разделения конструкции на отдельные фрагменты, как это имеет место в образцах, армированных только поперечной арматурой;
- при повторном нагружении экспериментальных образцов до нагрузки, составляющей 95% от разрушающей, характер деформирования бетона образца представляет
JOE В МОНОЛИТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ООО «БЮРО ВНЕДРЕНИЯ»
г.Москва, 3-я Мытищинская, д.З, ст +7 {495} 687 66 05
304;/?, Щ
'Яюя -
■ Г/г ; г :
V , /. / f ' /s/ .
Реклама
122016
39
Монолитное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
DLP-107 Общее перемещение
700
600 -
500 -
400 -
« 300
200
100
0 _
20 40 60 70 100 120 140 160 180 Перемещение, мм
Рис. 6. График деформирования узловой зоны железобетонной плиты
собой практически линейно-упругую линию, близкую к прямой;
- в зоне грузовой площадки имели место значительные деформации смятия, составляющие до 40% от общей вертикальной деформации;
- анализ деформирования бетона в процессе нагруже-ния образцов позволил установить ярко выраженный сдвиговой характер работы бетона в узловой зоне плиты;
- насыщение узловой зоны продольной стержневой арматурой не приводит к существенному росту ее несущей
Список литературы
1. Залесов А.С., Ермуханов К.Е., Момбеков И.А Прочность плит с поперечной арматурой на продавливание // Бетон и железобетон. 1990. № 6. С. 26-28.
2. Лукша Л.К., Мацкевич А.С., Мордич А.И. Сжатые элементы с косвенной листовой арматурой // Бетон и железобетон. 1989. № 1. С. 18-20.
3. Колчунов В.И. Расчетные модели силового сопротивления железобетона. М.: АСВ, 2004. С. 28-32.
4. Колчунов В.И., Губанова М.С. Напряженно-деформированное состояние нагруженного и коррозионно-по-врежденного железобетона в зоне наклонных трещин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2016. № 2 (42). С. 11-22.
5. Starosolski, W. Konstrukcje zelbetowe wedlug PN-B-03264:2002 i Eurokodu 2. Tom III. Warszawa: Wydawnictwo naukowe PWN, 2009. 681 p.
6. Коровин Н.Н., Голубев А.Ю. Продавливание толстых железобетонных плит // Бетон и железобетон. 1985. № 10. С. 21-22.
7. Айрумян Э.Л., Каменщиков Н.И., Румянцева И.А. Особенности расчета монолитных плит сталежелезобетон-ных перекрытий по профилированному стальному настилу // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 9. С. 21-26.
8. Селяев В.П., Селяев П.В., Сорокин Е.В., Кечуткина Е.Л. Прогнозирование долговечности железобетонных изгибаемых элементов методом деградационных функций // Жилищное строительство. 2014. № 12. С. 8-18.
9. Патент РФ на полезную модель № 73891. Плитная железобетонная конструкция / Мочалов А.Л., Пекин Д.А. За-явл. 20.09.2006. Опубл. 10.06.2008. Бюл. № 16.
способности. Увеличение процента армирования продольной стержневой арматурой в 2,6 раза повысило разрушающую нагрузку всего на 10%;
- разрушение узловой зоны происходило от продавли-вания бетона в условиях стесненного среза бетона сжатой зоны, имеющей высоту (0,5-0,8)xh0. Напряжение, при котором имел место срез бетона, составило 2xRbt;
- установлено, что совместная работа бетона и листовой арматуры обеспечивается до уровня нагрузки, составляющей 80-90% от предельной;
- установлено влияние прочности бетона на уровень нагрузки, воспринимаемой листовой арматурой. Так, в образце № 2 с наименьшей прочностью бетона наблюдались наибольшие напряжения в листовой арматуре (до 100 МПа), что соответствует напряжениям в бетоне, сопоставимым с Rb.
Выводы.
Впервые получены экспериментальные данные о несущей способности узловой зоны шарнирно опертых толстых железобетонных плит, армированных листовой и стержневой арматурой, при действии локальной нагрузки.
Использование предложенного конструктивного решения узловой зоны опирания колонн на плиты перекрытия (фундаментные плиты) на конкретных объектах, возведенных в Москве и Санкт-Петербурге, показало их высокую эффективность по сравнению с типовым методом усиления плит в зонах продавливания путем насыщения этих зон продольной и поперечной стержневой арматурой.
References
1. Zalesov A.S., Ermukhanov K.E., Mombekov I.A. Prochnost of plates with a cross armature on breakdown. Beton i zhelezobeton. 1990. No. 6, рр. 26-28. (In Russian).
2. Luksha L.K., Matskevich A.S., Mordich A.I. The compressed elements with an indirect sheet armature. Beton i zhelezobeton. 1989. No. 1. pp. 18-20. (In Russian).
3. Kolchunov V.I. Raschetnye modeli silovogo soprotivleniya zhelezobetona [Settlement models of power resistance of steel concrete]. Moscow: ASV. 2004. pp. 28-32.
4. Kolchunov V.I., Gubanova M.S. The intense deformed condition of the loaded and corrosion damaged steel concrete in a zone of inclined cracks. Nauchnyi vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura. 2016. No. 2 (42), рр. 11-22.
5. Starosolski, W. Konstrukcje zelbetowe wedlug PN-B-03264:2002 i Eurokodu 2. Tom III. Warszawa: Wydawnictwo naukowe PWN, 2009. 681 p.
6. Korovin N.N., Golubev A.Yu. Breakdown of thick steel concrete plates. Beton i zhelezobeton. 1985. No. 10, рр. 21-22. (In Russian).
7. Ayrumyan E.L., Kamenshchikov N.I., Rumyantseva I.A. Features of calculation of monolithic plates the stalezhelezo-betonnykh of overlappings on the pro-thinned-out steel flooring. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2015. No. 9, рр. 21-26. (In Russian).
8. Selyaev V.P., Selyaev P.V., Sorokin E.V., Kechutkina E.L. Forecasting of durability of the steel concrete bent elements by method the degradatsionnykh of functions. Zhilishchnoe stroitel'stvo [Housing construction]. 2014. No. 12, рр. 8-18. (In Russian).
9. Russian Federation patent for useful model No. 73891. Slabby steel concrete design. Mochalov A.L., Pekin D.A. Zayavl. 20.09.2006. Opubl. 10.06.2008. Bulletin No. 16.
40
122016
