6Обзор зарубежных экспериментальных исследований многоэтажных железобетонных каркасов зданий при особых воздействиях
Шлеенко Алексей Васильевич
кандидат экономических наук, зав. кафедрой промышленного и гражданского строительства, Юго-Западный государственный университет
Ломакин Иван Александрович
аспирант, Юго-Западный государственный университет, mm.12522@yandex.ru
В статье приводится информация о существующих зарубежных экспериментальных исследованиях в области работы сталеже-лезобетонных каркасов многоэтажных зданий при особых условиях. Делается вывод, что существующая база исследований в данной сфере имеет низкую степень разработки, требуются дополнительное и более глубокое изучение вопрос, постановка методов и методик расчетов подобных конструкций. Ключевые слова: железобетон, экспериментальное исследование, прогрессирующее обрушение, особые воздействия, многоэтажное здание, каркас
Зарубежные ученые активно проводят экспериментальные исследования в области прогрессирующего обрушения зданий последние несколько десятилетий. Целью исследований является выбор оптимального способа защиты зданий от прогрессирующего обрушения и повышение их живучести.
В своей работе JM Adam, M. Buitrago, E Bertolesi и др. [1] провели полномасштабный динамический эксперимент крупногабаритной конструкции с плоской плитой перекрытия, спроектированный в соответствии с нормами Eurocode 2 [2]. Несмотря на то, что в образце использовалась плоская плита, было доказано, что силовые потоки распределяются по конструкции альтернативными путями. Здание не разрушилось после удаления из схемы одной из колонн. Экспериментаторы убеждены, что коэффициент динамического воздействия 2.0 может привести к нереалистичной оценке, поскольку коэффициент динамического воздействия (DAF), полученный в тесте, составил 1,24. Kokot S, Anthoine A, Negro P и др. [3] также провели подобный динамический эксперимент на полномасштабном образце и получили схожие результаты: конструкция не разрушилась после последовательного удаления двух колонн.
Рисунок 1 - Полномасштабные образцы каркаса здания с плоским перекрытием
В последние годы большое внимание уделяется сравнению различий в динамических и статических характеристиках конструкций на уровне работы материалов. Qian и Li [4] провели динамические и статические эксперименты по прогрессирующему обрушению на железобетонных колоннах, балках и плитах. Результаты показали, что существуют сходства в режимах разрушения и механизмах сопротивления нагрузке при динамическом и статическом демонтаже колонны. Однако, при динамических условиях CAA (compressive arch action - сжимающая нагрузка) ослабевал или полностью исчезал. Исследователи полагали, что это вызвано уменьшением начальной жесткости конструкции в динамических условиях. Pham и Tan [5,6] сравнили динамическое
О *
О X
о S
S *
и
с т •и о
S
т
ф
а т
о т
а
8)
со сч о сч
и статическое поведение узлов монолитных железобетонных конструкций, подвергнутых сосредоточенной и распределенной нагрузке. Результаты показали согласованность поведения конструкций между статическими и динамическими образцами, а внезапное удаление колонны не изменило вид разрушения сборочных узлов. Конструкции, как правильно, демонстрировали более высокую жесткость при динамических испытаниях (рисунок 2,3), в то же время отмечается, что распределенная нагрузка оказывает неблагоприятное воздействие для развития CA (catenary action - контактное воздействие).
MJDlmm)
MID (mm)
(a) Full-restraint specimens (b) Partial-restraint specimens
Рисунок 2 - Взаимосвязь деформаций (MJD) на стадии САА
MJD(mm)
MJD (mm)
-PR-U (vemcall
- FDUI-P/42 (vwical)
- PR-1 (horiíMUall
- FDUI -P/42 (horizontal)
(a)
Рисунок 3 - Взаимосвязь вертикального смещения и реакции в динамических и статических условиях (слева - частично ограничено, справа - полностью ограничено)
Woodson и Baylot [7] провели эксперимент с пространственной каркасной конструкцией в масштабе 1:4, чтобы исследовать влияние различных конфигураций заполнения проемов здания и его облицовки на ударопрочность железобетонных колонн. Результаты исследования показали, что ограждающая конструкция позволяет значительно снизить давление при взрыве, но это также приводит к более серьёзным повреждениям нижних колонн. Gao [8]и др. также изучали вопросы прогрессирующего обрушения каркасных зданий при возможном взрыве.
Еще одна угроза, которая может привести к прогрессирующему обрушению строительных конструкций, — это пожар. Безопасности стальных конструкций при пожарах уделяется большое внимание, тем не менее, исследований по железобетонным каркасам относительно мало. В своей работе Li и др. [8] показали значительные различия в механическом повреждении между соединениями балок и колонн до, во время и после пожара. В исследовании было доказано, что арматура, соответствующая классу ACI 318-14, не может воспринимать проектные нагрузки более 2-х часов, что способствует возникновению прогрессирующего здания.
В своих исследованиях Kamath и др. [9] провели эксперимент с железобетонным монолитным каркасом, находящимся в условиях пожара и землетрясения. Результаты показали, что наибольшим повреждением были подвержены плиты перекрытий: выявления большая площадь скалывания бетона на нижней поверхности плиты. Данные эксперимента показали, значительное снижение поперечной прочности и жесткости конструкции здания после сейсмического воздействия и пожара, но испытанный образец не разрушился при боковой деформации более 200 мм.
Количество экспериментальных исследований на тему прогрессирующего обрушения говорит о том, что данный вопрос по-прежнему является актуальный и требующим изучения, поиска оптимального метода защиты зданий разных типов и условий эксплуатации.
Литература
1. Adam, J. M., Parisi, F., Sagaseta, J., & Lu, X. (2018). Research and practice on progressive collapse and robustness of building structures in the 21st century. Engineering Structures, 173, 122-149
2. EN 1992-1-1 (2004) (English): Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings
3. Kokot, S., Anthoine, A., Negro, P., & Solomos, G. (2012). Static and dynamic analysis of a reinforced concrete flat slab frame building for progressive collapse. Engineering Structures, 40, 205-217.
4. Dynamic and residual behavior of reinforced concrete floors following instantaneous removal of a column. Engineering Structures, 148, 175-184.
5. Pham, A. T., & Tan, K. H. (2017). Experimental study on dynamic responses of reinforced concrete frames under sudden column removal applying concentrated loading. Engineering Structures, 139, 3145.
6. Pham, A. T., & Tan, K. H. (2019). Static and dynamic responses of reinforced concrete structures under sudden column removal scenario subjected to distributed loading. Journal of Structural Engineering, 145, 04018235.
7. Woodson, S. C., & Baylot, J. T. (1999). Structural collapse: Quarter-scale model experiments. Advanced technology in structural engineering. American Society of Civil Engineers.
8. Gao, C., Zou, Z., & Wu, J. (2013). Experimental study on progressive collapse failure of RC frame structures under blast loading. China Civil Engineering Journal, 46, 9-20.
9. Kamath, P., Sharma, U. K., Kumar, V., Bhargava, P., Usmani, A., Singh, B., Singh, Y., Torero, J., Gillie, M., & Pankaj, P. (2015). Full-scale fire test on an earthquake-damaged reinforced concrete frame. Fire Safety Journal, 73, 1-19.
Review of foreign experimental studies of multi-storey reinforced
concrete frames of buildings under special influences Shleenko A.V., Lomakin I.A.
Southwestern State University
The article provides information on existing foreign experimental
studies in the field of operation of steel-reinforced concrete frames
of multi-story buildings under special conditions. It is concluded that the existing research base in this area has a low degree of development; additional and more in-depth study of the issue is required, as well as the formulation of methods and techniques for calculating such structures. Key words: reinforced concrete, experimental study, progressive
collapse, special impacts, multi-story building, frame References
1. Adam, J. M., Parisi, F., Sagaseta, J., & Lu, X. (2018). Research and
practice on progressive collapse and robustness of building structures in the 21st century. Engineering Structures, 173, 122149
2. EN 1992-1-1 (2004) (English): Eurocode 2: Design of concrete
structures - Part 1-1: General rules and regulations for buildings
3. Kokot, S., Anthoine, A., Negro, P., & Solomos, G. (2012). Static and
dynamic analysis of a reinforced concrete flat slab frame building for progressive collapse. Engineering Structures, 40, 205-217.
4. Dynamic and residual behavior of reinforced concrete floors following instantaneous removal of a column. Engineering Structures, 148, 175-184.
5. Pham, A. T., & Tan, K. H. (2017). Experimental study on dynamic
responses of reinforced concrete frames under sudden column removal applying concentrated loading. Engineering Structures, 139, 31-45.
6. Pham, A. T., & Tan, K. H. (2019). Static and dynamic responses of
reinforced concrete structures under sudden column removal scenario subject to distributed loading. Journal of Structural Engineering, 145, 04018235.
7. Woodson, S. C., & Baylot, J. T. (1999). Structural collapse: Quarter-
scale model experiments. Advanced technology in structural engineering. American Society of Civil Engineers.
8. Gao, C., Zou, Z., & Wu, J. (2013). Experimental study on progressive collapse failure of RC frame structures under blast loading. China Civil Engineering Journal, 46, 9-20.
9. Kamath, P., Sharma, U. K., Kumar, V., Bhargava, P., Usmani, A.,
Singh, B., Singh, Y., Torero, J., Gillie, M., & Pankaj, P (2015). Full-scale fire test on an earthquake-damaged reinforced concrete frame. Fire Safety Journal, 73, 1-19.
Q *
0 X 0
3
s *
8)
O T
■u o s
T
<D
a r
o
T
a
8)
