Распределение напряжений в нормальном сечении облегчённых трёхслойных сборно-монолитных железобетонных панелей при изгибе Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Список использованных источников

1. ДБН В.2.6-6-95. Проектування, будiвництво та експлуатащя будинкiв системи «ПЛАСТБАУ»:. - К.: Держкоммютобудування, 1997. -88с.

2. П.А.Литовченко, Н.И.Глушаков, КкаеЬ1к КкаеЬ1к1ап // Сб. научн. трудов. Строительство, материаловедение, машиностроение. №43. "Инновационные технологии жизненогоцикла объектов жилищно-гражданского, промышленного и транспортного назначения" - Днепропетровск: ПГАСА, 2007, - С.261-266.

3. Баженов Ю.М., Ерофеев В.Т., Митина Е.А. и др.. Ограждающие конструкции на основе каркасного керамзитобетона для производственных зданий: Учебное пособие. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2005. - 200с.

4. Король Е. А. Трехслойные ограждающие железобетонные конструкции из легких бетонов и особенности их расчета: Монография. /М.: Издательство АСВ, 2001. - 256с.

5. Мишутин А.В., Петраш С.В., Шеховцев И.В. // Будiвельнi конструкций Мiжвiдомчий науково-техшчний збiрник наукових праць (будiвництво) / Державне тдприемство «Державний науково-дослiдний iнститут будiвельних конструкцiй» Мiнiстерство регiонального розвитку та будiвництва Украши. - Кшв, ДП НД1БК,2011-Вип.74: В 2-х кн.: Книга 1, - С.683-690.

6. Кархут 1.1., 1ленков Ю.А. Експериментально-теоретичш дослiдження тришарових стiнових панелей з склопластиковою та металевою арматурою. // Вюник НУ мЛьвiвська полiтехнiкам "Теорiя i практика будiвництва". - 2011.

7. http://www.nbuv.gov.ua/portal/Natural/VDnabia/2011_4/01-90.pdf

8. Кархут 1.1., 1ленков Ю.А. Експериментальш дослiдження мщносп i деформативностi тришарових енергоефективних стшових панелей i плит перекриття. // Вюник НУ мЛьвiвська полiтехнiкам "Теорiя i практика будiвництва". - 2009.

9. http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/Vnulp/Bydivelnyk/2009_655/22.pdf

УДК 652;69.1.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В НОРМАЛЬНОМ СЕЧЕНИИ ОБЛЕГЧЁННЫХ ТРЁХСЛОЙНЫХ СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПАНЕЛЕЙ ПРИ ИЗГИБЕ

Литовченко П.А., Глушаков Н.И.

Национальная академия природоохранного и курортного строительства

Изучено распределение напряжений в нормальном сечении панелей, при изгибе. Выявлено, что распределение напряжений в нормальных сечениях по ширине панели равномерное.

Многослойные конструкции, распределение напряжений, трёхслойные железобетонные панели, несущая способность.

Введение

Все возрастающие требования по экономии энергоресурсов на стадии эксплуатации зданий привели к широкому распространению в сфере строительства многослойных конструкций. Указанный тип конструкций, благодаря распределению материалов с различными физико-механическими свойствами по слоям, эффективно сочетают в себе несущие функции с необходимыми тепло- и звукоизоляционными параметрами. Материалы, из которых выполняют многослойные конструкции, достаточно разнообразны. Из железобетона в основном выполняют трёхслойные конструкции. Для изготовления внешних несущих слоев применяют железобетон, а среднийслой выполняют из различного рода тепло- звукоизоляционных материалов. По способу объединения внешних слоёв в единый конструктивный элемент трёхслойные железобетонные конструкции могут быть со сплошной связью (когда связь осуществляется за счёт

среднего слоя) и с дискретной связью (когда связь слоёв осуществляется за счёт шпонок или металлических элементов).

Анализ публикаций

В настоящее время широко внедряются в практику строительства, особенно частных малоэтажных строений, трёхслойные сборно-монолитные панели, представляющие собой конструктивный элемент, состоящий из наружных несущих слоёв, выполненных из мелкозернистой бетонной смеси и среднего слоя утеплителя. Совместная работа наружных несущих слоёв обеспечивается стальными каркасами, в виде ферм с параллельными поясами, выполненными из арматурной проволоки [4]. Сборным элементом, поставляемым на строительную площадку, таких панелей является слой утеплителя, с закрепленными в нем арматурными каркасами. Количество рядом установленных каркасов может быть 1,2 и 3 (рис.1). Для удобства изготовления и транспортировки продольные стержни каркасов скрепляют в единый конструктивный элемент требуемой длины и ширины дополнительными сетками. Бетонные слои конструктивных элементов выполняют непосредственно на строительной площадке из мелкозернистых бетонов.

каркасы

т

Г

V

V

V

ч

■ V

■ V

"Т

1-1

а).

-С 1

[V у| * ь —к— -У

в)

Рис.1. Конструктивная схема панели: а - с одиночными каркасами, б - с двойными каркасами, в - с тройными каркасами.

В большей степени изучено напряженно-деформированное состояние под нагрузкой изгибаемых трёхслойных железобетонных конструкций со сплошной связью слоёв, в которых в качестве среднего слоя используют лёгкие бетоны [1,2,3]. Оценку их несущей способности предложено выполнять по приведенным прочностным характеристикам сечения. Что касается трёхслойных изгибаемых конструкций с дискретными связями, к которым относятся рассматриваемые сборно-монолитные панели, то их поведению под нагрузкой посвящено относительно мало работ [4]. Отсутствуют данные о характере распределения напряжений и деформированной схеме сечений при приложении нагрузки

к конструкциям данного типа, что затрудняет разработку аналитического аппарата оценки несущей способности конструктивных элементов. Поэтому применение трёхслойных сборно-монолитных панелей в практике строительства основано на экспериментальных данных, полученных в результате испытаний панелей до разрушения для каждого конкретного объекта.

Цель работы

Выявить характер распределения напряжений по ширине и толщине сечений внешних слоёв трёхслойных сборно-монолитных панелей при изгибе и закономерности его изменения в зависимости от уровня внешней нагрузки.

Методика исследования

Определение характера распределения напряжений по ширине и толщине сечений внешних слоёв трёхслойных сборно-монолитных панелей при изгибе проводили путем численного моделирования с использованием ПК ЛИРА[10]. Для этого в программном комплексе была построена объемная модель (рис.2), представляющая собой фрагмент панели пролетом 2 м., шириной 0,34 м. Толщина верхнего и нижнего слоев железобетона принята 40 мм., число вертикальных каркасов - 3 шт., шаг каркасов - 0,15 м. Каркасы приняты из арматурной проволоки 05Вр1 с углом наклона поперечных стержней 450. Дополнительные сетки приняты из арматурной проволоки 03Вр1размером ячейки 50х50 мм.

Внешние слои панели моделировали объёмными конечными элементами (тип 231), с учётом физической нелинейности. Арматуру каркасов и плоских сеток моделировали стержневыми конечными элементами (тип 210, 410), с учётом физической и геометрической нелинейности. Численные модели были верифицированы по результатам двух физических экспериментов [5]. Прочностные и деформативные характеристики элементов численной модели, приняли по данным [5], где они были определены путём испытаний вспомогательных образцов на сжатие (бетонные кубы, призмы) и растяжение (куски арматурной проволоки), согласно действующим стандартам.

Численная модель имела жёсткое закрепление на опорах, что соответствует ее реальному сопряжению с вертикальными конструкциями здания.

Нагрузку к модели прикладывали к наружной грани верхнего слоя, равномерно распределённую в пределах всей панели, с учётом собственного веса конструкции. Приложение нагрузки осуществляли ступенями, размер ступени приняли 10%от предельной разрушающей нагрузки.

Рис.2. Объёмная численная модель панели Результаты и их анализ

Как показали результаты численного моделирования, между распределением напряжений как по ширине панели, так по высоте железобетонных слоев, для опорных сечений и сечений в пролете конструкции наблюдаются различия. Если в средней части конструкции напряжения в железобетонных слоях по ширине панели распределяются практически равномерно при незначительных увеличениях (5-7%) возле узлов сопряжения продольной и наклонной арматуры (рис.3), то возле опорных участков отклонения напряжений в указанных зонах весьма существенны вплоть до изменения знака.

Единицы юиерения - Т/и—2 -1039.224

Г I"

к к

I-

к к

'ГПТГГГГГП штттгп-пттт

.....

l-i.J_LL.-l—

* ,,,.....: г-;-; --г1

г

ЦЦЦ~-

ш.

шшшшшш

Рис. 3. Распределение продольных напряжений в слоях панели: а - вид сверху, б - вид сбоку, 1-1, 2-2, 3-3, 4-4 - сечения

По высоте сечения железобетонных слоев отличия имеют принципиальный характер. Если в средней части пролета конструкции эпюры напряжений по высоте верхнего и нижнего слоя однозначны (табл.1) на всех этапах нагружения конструкции, то для опорных сечений в каждом из железобетонных слоев проявляется двухзначная эпюра напряжений, начиная с момента приложения нагрузки и вплоть до разрушения.

Таблица 1

_Распределение напряжений по высоте слоёв

№ п/п

Величина нагрузки

Эпюры напряжений, т/м.кв.

сечение на опоре

сечение в пролёте

Примечания

(Ь2<г

В верхнем

слое в опорном сечении появились трещины.

(ЬЗ?

В нижнем слое в пролётном сечении появились трещины.

1

2

№ п/п

Величина нагрузки

Эпюры напряжений, т/м.кв.

сечение на опоре

сечение в пролёте

Примечания

разрушающая нагрузка

Разрушение панели.

3

Появление двузначных эпюр напряжений в каждом железобетонном слое в опорных сечениях конструкции объясняется незначительной жёсткостью внешних слоёв и податливостью наклонных связей, обеспечивающих их совместное деформирование при общем изгибе, приводит к проявлению местного изгиба каждого слоя.

Отмеченные отличия определили последовательность трещинообразования и механизм разрушения численных моделей. Первые трещины в бетонных слоях появились на опорных участках конструкции при нагрузках примерно 20% от разрушающей нагрузки. Интервал между появлением трещин на опоре и в пролёте зависит от толщины железобетонных слоев и содержания продольной арматуры. Исчерпание несущей способности конструкции, если не происходит потеря устойчивости сжатых наклонных стрежней, всегда начинается с разрушения сжатых участков бетона в опорных сечениях.

Выводы

Распределение напряжений по ширине наружных слоёв панели, равномерное на участках между узлами каркаса и неравномерное в местах сопряжения продольных и наклонных стержней каркаса. На опорных участках по ширине конструкции может быть реализована двухзначная эпюра напряжений.

Распределение напряжений по высоте сечения наружных слоёв неравномерно. В средней части пролета конструкции эпюры напряжений в каждом железобетонном слое однозначные, в опорном сечении - двухзначные. Это объясняется влиянием местного изгиба железобетонных слоев на опорных участках конструкции.

При разработке математического аппарата для оценки несущей способности облегчённых трёхслойных сборно-монолитных железобетонных панелей при изгибе необходимо участь влияние местного изгиба железобетонных слоев на опорных участках конструкции.

Список использованных источников

1. КорольЕ.А. Трёхслойные ограждающие железобетонные конструкции из лёгких бетонов и особенности их расчёта. - М.: АСВ, 2001г. - 255с.

2. ШтаммК. Многослойные конструкции. / ВиттеХ. - М.: Стройиздат, 1983г. - 296с.

3. Майборода В.Ф. Трёхслойные железобетонные конструкции / В.Ф. Майборода, В.М. Карпюк. - К.: Будивельник, 1990. - 144с.

4. Литовченко П.А., Глушаков Н.И., ВеселеваЕ.С.Анализ напряженно-деформированного состояния трехслойных облегченных железобетонных панелей для жилищного строительства. Строительство, материаловедение, машиностроение. Сб. научн. трудов. Вып. 43, - Дн-вск, ПГАСА, 2007. - 254с.

5. Литовченко П.А., Глушаков Н.И.Создание численной модели трёхслойных сборно-монолитных железобетонных панелей в ПКЛира и её характеристики. Строительство, материаловедение, машиностроение. Сб. научн. трудов. Вып. 45, - Дн-вск, ПГАСА, 2009.

6. Ограждающие конструкции на основе каркасного керамзитобетона для производственных зданий (структурообразование, технология, расчёт и конструирование): Учеб.пособие / Ю.М. Баженов, В.Т. Ерофеев, Е.А. Митина и др. -М.: Издательство АСВ, 2005. - 200с.