CC BY
29
УДК 624.012
И. И. ЛУЧКО (Львовский филиал ДИИТа), П. П. ЦИБЕЛЕНКО (Национальный университет «Львовская политехника»), М. В. ЛЕМБАК (Остравский технический университет, Словакия)
СТАТИЧЕСКОЕ И КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ СТЫКОВ ПАНЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
Проведет експериментальш дослвдження «сухих» стишв з болтовим з'еднанням показали, що у них були значно бiльшi деформацп, н1ж у стиках з бетонним заповненням. З точки зору б№шо! деформативностi, «сухЬ> стики при критичних навантаженнях бiльш надiйнi, шж стики, заповненi бетоном.
Проведенные экспериментальные исследования «сухих» стыков с болтовым соединением показали, что у этих стыков были значительно большие деформации, чем у стыков с бетонным заполнением. С точки зрения большей деформативности, «сухие» стыки при критических нагрузках более надежны, чем стыки с заполнением бетоном.
The conducted experimental researches of «dry» joints with screw-bolt connection have shown that these joints had considerably larger deformations than the joints with the concrete filling. From the viewpoint of greater defor-mativeness, the «dry» joints under critical loadings are more reliable than the concrete-filled joints.
Крупнопанельное строительство жилых домов остается и далее одним из возможных решений недостающего жилья для большинства людей не только в слаборазвитых государствах, но и в более богатых странах, особенно, где имеются проблемы с строительными участками.
В связи с этим в панельных объектах были ранее, и до сих пор остаются нерешенными проблемы несущих стыков в стеновых панелях.
Стыки панельных конструкций можно разделить на следующие группы:
а) стыки между перекрытием и стеновыми панелями;
б) стыки между смежными и стеновыми панелями;
в) стыки между смежными панелями перекрытий.
Стыки типа а являются основным звеном, влияющим на несущую способность и дефор-мативность панельных зданий. Стыки типа б и в работают при действии перерезывающих сил в плоскости или перпендикулярно на плоскость стыка в перекрытии.
В статье проведен анализ основных стыковых соединений панелей, несущей способности и деформативности традиционных шпоночных стыков, заполненных бетоном, которые применяются и в здании из пространственных ячеек, т.н. «суперконструкциях».
Значительное количество решений вертикальных несущих стыков зависит, в основном, от различных конструктивных концепций па-
нельных зданий, местных и государственных норм и инструкций, и не в последнюю очередь, необходимости изобретать новые решения стыков, чтобы избежать конфликтов с патентными органами.
Вертикальные стыки между стеновыми панелями можно разделить по следующим критериям:
- в зависимости от взаимного расположения стыков: копланарные стыки (стыкуемые элементы находятся в одной и той же плоскости), дипланарные стыки (стыкуемые элементы находятся в двух и более перпендикулярных плоскостях);
— в зависимости от конфигурации стыкуемых плоскостей: стыки без продольных (вертикальных) швов в стыкуемых плоскостях (рис. 1, а, Ь, с, стыки с продольными (вертикальными) швами в стыкуемых плоскостях (рис. 2, а, Ь);
Рис. 1. Стыки с гладкими стыкуемыми плоскостями
© Лучко И. И., Цибеленко П. П., Лембак М. В., 2010
Рис. 3. Стыки с мелкими зубьями (шпонками)
аог < 15 мм
шириной Ъ^ причем при обработке результатов испытаний стыков и при расчете панельных стен предполагается, что тФ 0 , сх = су = 0 .
Рис. 2. Волнистые и пиловидные (шпоночные) стыки
- в зависимости от поперечного профилирования стыкуемых плоскостей стыки с гладкими или пиловидными, шпоночными стыкуемыми плоскостями, стыки со стыкуемыми плоскостями с мелкими шпонками глубиной аог < 15 мм, стыки со стыкуемыми плоскостями с шпонками глубиной аог > 20 мм (рис. 3, а, Ъ, с,
Рис. 4. Стыки с глубокими зубьями (шпонками)
аог > 20 мм
В реальных сборных стеновых конструкциях, в большинстве случаев, величина нормального напряжения сх, перпендикулярная плоскости сечения стыка, значительно меньше, чем касательного напряжения т^, поэтому при испытании величиной сх можно пренебречь; вертикальную составляющую напряжения су можно частично, размещением экспериментальных элементов вертикальных стыков, снизить.
Перерезывающую силу в стыке можно определить из уравнения:
Т =
(1)
в зависимости от расположения арматуры в стыке: стыки с арматурой, расположенной в уровне перекрытия (например, в венце), стыки с арматурой, равномерно распределенной по высоте стыка в рамках каждого этажа (рис. 4, а, Ъ).
Предположения при расчете выносливости и деформаций стыков. В ординарных предположениях при расчете выносливости и деформаций вертикальных стыков стеновых элементов предполагается, что:
- вертикальные стыки, как неотделимая часть панельных стен, принимается как сечение высотой стыка Н^ (обычно высотой этажа) и
Исходя из этого действующая сила в стыке Т экспериментального элемента при достижении выносливости принимается за предел выносливости вертикального стыка Ти .
В этой стадии работа стыка доходит до резкого снижения его жестокости К. [1-3]. Необходимо подчеркнуть, что жесткость стыков стеновых панелей предопределяет характер работы конструкций из сборных элементов.
Экспериментальное исследование «сухих» стыков. Для исследования элементов с вертикальными стыками необходимо выбрать состав элементов, который наиболее соответствует (моделирует) действительному напряженно-деформированному состоянию и возможности реализации эксперимента. На рис. 5 приведены некоторые экспериментальные фрагменты «сухих» стыков.
Рис. 5. Схемы различных комбинаций исследований вертикальных стыков
На рис. 6 представлены графики распреде- состава фрагмента заключается в равномерном
лений напряжений в оси вертикального «сухо- распределении напряжений по высоте стыка в
го» стыка, составленного из трех эксперимен- сравнении с иными составами фрагментов. тальных стеновых панелей. Резонность такого
Рис. 6. Распределение напряжений в оси вертикального «сухого» стыка А-В испытуемых элементов
Испытание фрагмента стыка, состоящего из нем показано на рис. 7. В данном случае теоре-двух панелей, и распределение напряжений в тическое распределение напряжений в стыке
несколько искажает результаты эксперимента, особенно в стыке, заполненном бетоном, и с
арматурой, равномерно распределенной по высоте стыка.
Рис. 7. Распределение напряжений в оси стыка А-В в исследуемых элементах
Авторами были проведены исследования возможности применения «сухих» стыков. Исследования этих стыков были проведены на двух типах стеновых фрагментов: копланарных стыков типа I и дипланарных стыков типа Т.
Каждый тип экспериментальных фрагментов состоял из трех видов соединительных элементов: А-1 - элемент 50/12 - 6 шт. (стык типа
I); А-2 - элемент 50/15 - 6 шт.; А-3 - элемент 55/5 -3 шт. (стык типа Т). Фрагменты были изготовлены из бетона В25 (с 20/25 по ЕиЯОСОБЕ2). Прочность бетона определялась на кубах 150^50^150 мм и призмах 100x100x400 мм. Возраст бетона при испытании был в пределах 28...39 дней. Характеристики бетона представлены в табл. 1 .
Таблица 1
Характеристики бетона фрагментов типа I и Т
Тип стеновых элементов Фрагмент Прочность бетона, К1т3 Прочность бетона, МПа Модули упругости бетона Ед, МПа
1-1 А-1/3 А-1/2 2330 2320 30,7 29,2 26453 25804
1-2 А-1/6 А-1/1 2400 2270 29,7 24,5 29901 24927
1-3 А-1/4 А-1/5 2340 21,0 29806
А-2/3 2340 21,0 29806
Т-1 А-2/2 2330 30,7 26453
А-3/3 2260 22,3 24562
А-2/6 2280 16,2 24183
Т-2 А-2/1 2320 29,2 25804
А-3/1 2280 23,4 23574
А-2/4 - - -
Т-3 А-2/5 2400 29,7 29901
А-3/2 2320 21,3 24012
Экспериментами было установлено, что прочность бетона «сухих» стыков не имеет такого значения, как для стыков шпоночных, заполненных бетоном. Тем не менее, необходимо контролировать прочность бетона, чтобы при нагружении фрагментов не дошло до образования волосяных трещин.
Поэтому фрагменты были запроектированы так, чтобы они были способны переносить нагрузки на стык, и при этом не дошло до воз-
никновения критических напряжений и деформаций. Исходя из этого, фрагменты были армированы пространственной сварной арматурой.
Измерение вертикальных деформаций элементов в стыке (аД было реализовано с помощью индикаторов с ценой деления 0,01 мм, а горизонтальные деформации (сх) - индикаторами с ценой деления 0,001 мм.
Кроме того деформации бетона фрагментов измерялись приложными деформометрами с базой 200 мм с точностью 0,001 мм. Размещение измерительных приборов показано на рис. 8.
Рис. 8. Схемы размещения измерительных приборов на исследуемом фрагменте
Нагрузка на опытные фрагменты типа I и Т была рассчитана на max 330 кг (тип Т-3, где соединение тканей было реализовано с двумя болтами М20). Такое болтовое соединение было в верхней и нижней части фрагментов. Стыки были соединены болтами М12, М16 и М20. Нагрузка на фрагменты осуществлялась по 10 кН.
На рис. 9 и 10 представлен характер развития зависимости Т - < и жесткости стыков экспериментальных фрагментов с болтовыми соединениями. На рис. 9 видно, что в зависимости Т - <5у имеется значительный разброс, например у стыков фрагментов 1-2/1 и 1-2/1 а в сравнении с остальными фрагментами.
Рис. 9. Графики деформаций <у стыков от усилий Т
Рис. 10. Жесткость «сухих» стыков с болтовым соединением
У этих фрагментов до определенной величины силы Т зависимость Т - <х почти линейная, в остальных фрагментах от самого начала, точнее от нагрузки Т = 6...13 кН, доходит нелинейному росту деформаций. Такой характер роста деформаций зависит от элементов болтового соединения, точности его проведения, дотягивание гаек большого: соединения стыков и т.п. На рис. 10 приведены графики жесткости экспериментальных стыков К. - Т, определенные из зависимости Т- < по формуле:
Т
- (2)
К = А
Нмм
причем величина А. достигала 14000 мм , чтобы было можно сравнить жесткость стыков с жесткостью шпоночных стыков, заполненных
бетоном. Из проведенных экспериментов было возможно сделать следующее заключение:
- начальная жесткость К0 достигает величины (0,03.0,01)Ков, где Ков - начальная жесткость стыков, заполненных бетоном, в которых Ков = 1,20 -102 Нмм3 для бетонов класса В25 [5.7].
- жесткость Ков при достижении предельной нагрузки Ти достигает величины (0,1.0,01) Кив .
Отношение К0 / Кп с болтовым соединением значительно меньше, чем у стыков с бесшовным заполнением.
Заключение
Проведенные экспериментальные исследования «сухих» стыков с болтовым соединением показали, что у этих стыков были значительно большие деформации, чем у стыков с бетонным заполнением. Жесткость «сухих» стыков в 10.100 раз меньше, чем жесткость стыков с бетонным заполнением. Вместе с тем необходимо отметить, что предельные значения прочности стыков, больше. Из этих позиций можем утверждать, что у стыков с болтовым соединением можно достичь одинаковой прочности, как и у стыков с бетонным соединением. С точки зрения большей деформативности, «сухие» стыки при критических нагрузках (панельное здание, на подработанных территориях, неравномерных деформациях основания и т.п.) более надежны, чем стыки с заполнением бетоном. Тем не менее, необходимо, в зависимости от значительных пластических деформаций сты-
ков, проектировать «сухие» стыки при допустимых или предельных значениях ay , реальная величина которых должна бы быть в пределах
0.25.2.5.мм. Возникновение трещин в анкерных областях болтового соединения фрагментов не было обнаружено во всех испытуемых типах стыков.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Witrany, J. Navrhovaui svislych stykü stinovych dilcü panelovych budov [Текст] / J. Witrany // Pozemni stavby. - 1976. - № 4.
2. Witrany, J. Tuhost svislych stykü stinovych dilcü panelovych budov [Текст] / J. Witrany // Pozemni stavby. - 1976. - № 9.
3. Witrany, J. Tuhost stykü a jejich zavedem do vypoetn [Текст] / J. Witrany. - Praha, Gbornik ЁвУТ8, 1977.
4. Racionalizace bytovi vystavby s ponzilim prostoro-vych prvkü [Текст] / J. Klenda, V. Lembak, J. Witrany a kol. // Witrany Studie. - Ostrava, VVÜPS, 1978.
5. Horaeek, E. Unosnost a tuhost svisltfch stykü panelovychbudov [Текст] / E. Horaeek // Vyzkumna sprava. - Praha, VÜPS, 1976.
6. Horaeek, E.: Vypout unosnosti a tuhosti svitlych stykü sten panelovych budov podle novych poznatkü[Текст] / E. Horaeek // Pozemni stavby. -1977. - № 7.
7. Horaeek, E.: Tuhost svislych stykü sten panelovych budov [Текст] / E. Horaeek // Stavebnicky caso-pis. - 1999.
Поступила в редколлегию 19.03.2010.
Принята к печати 29.03.2010.
