Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


Особенности работы стыков колонн с боковыми подрезками на внецентренное сжатие в каркасах промзданий

Канд. техн. наук Н. Г. МАТКОВ (НИИЖБ)

В последние годы при возведении многоэтажных гражданских зданий широкое распространение получили железобетонные стыки колонн с поперечным армированием сетками и полуавтоматической ванной сваркой выпусков продольной арматуры с универсальными угловыми и боковыми подрезками бетона с последующим замоноличиванием зоны соединения. Комплексные исследования и накопленный опыт позволили Госпражданстрою связевый каркас с такими стыками утвердить как типовой для массового строительства по усовершенствованной серии ИИ-04. Однако для каркасов промзданий рассматриваемые стыки применяются пока только в опытном строительстве ввиду недостаточной изученности работы стыков колонн в монтажной и эксплуатационной стадиях. Для проверки методов расчета и выявления особенностей работы таких стыков провели специальные исследования на фрагментах колонн при совместном действии обжатия и кратковременной нагрузки. Во время опытов выявляли влияние начальных напряжений при обжатии стыка до и после за- моноличивания на его конечную несущую способность. Конструкция железобетонного стыка с распределительным листом приведена на рис. 1. Боковые подрезки стыка армировали узкими сварными сетками — 0,039 (образец ОБ-3), которые устанавливали пакетом перед монтажом верхней колонны и после сварки выпусков арматуры распределяли их по высоте, закрепляя к вертикальным монтажным стержням. Были испытаны два составных фрагмента сечением 40X40 см (8028 мм) с односторонними консолями по концам. После сварки выпусков арматуры опытный образец помещали на подвижные опоры вверх консолями, на которых монтировали специальную установку, состоящую из отшлифованных торцевых плит, четырех тяжей с концевыми нарезками и пружин с домкратом. Нагрузку определяли по осадке тарированных пружин. Центрировку начального эксцентрицитета в момент предварительного обжатия (ех) выполняли через шаровую опору домкрата в торцевой плите подтягиванием гаек на тяжах. При этом замеряли прогиб образца, деформации на выпусках арматуры и на поверхностях бетона. Усилия в 37 и 34 тс соответствовали изгибающим моментам 18,5 и 17 т-м. Напряжения в сжатой арматуре были близки к пределу текучести, а прогиб достигал 0,5 мм. При нагрузке около 20 т на растянутой грани колонны появились поперечные трещины шириной до 0,01 мм.



С повышением нагрузки податливость сварных выпусков увеличивалась, происходило заметное искривление стержней с одновременным более интенсивным включением в работу центрирующей прокладки. Этому способствовали неплотности между прокладками, которые постепенно исчезали за счет их податливости под нагрузкой. Как видно из рис. 2, замеренные деформации арматуры и бетона в подрезках стыка значительно превышают деформации по целому сечению.

Исследования и анализ работы незамоноличенных стыков под нагрузкой позволили предложить метод расчета стыков в стадии монтажа в соответствии с методикой СНиП 11-21-7$. Расчет основывается на совместной работе бетона на местное сжатие (смятие) под центрирующей прокладкой [3], учете приведенного расчетного сопротивления бетона, армированного поперечными сетками (RM), и сварной арматуры на сжатие с коэффициентом условий работы та. с = 0,5, включая несоосность стержней. При этом продольный изгиб необетонированных выпусков арматуры принимается по СНиП II-B.3-72 (в зависимости от диаметра стержня и высоты подрезки).

Расчетная нагрузка в монтажной стадии подсчитывается по формуле


Формула (1) предусматривает центральное сжатие, поскольку стыки в этом состоянии способны воспринимать небольшие изгибающие моменты. В системе рамного каркаса в стыках колонн до замоноличивания выпуски арматуры уже при небольших нагрузках получают большую податливость вследствие выгиба, обусловленного начальным искривлением и несносностью. В этих условиях в местах расположения стыков колонн образуются пластические шарниры рамы. При дальнейшем загружении моменты в стыке возрастать не могут, а нормальные усилия передаются в основном через центрирующую прокладку. Величина эксцентрицитета приложения нормальной силы уменьшается и в стадии, близкой к разрушению; характер работы незамоноличенных стыков в системе рамы приближается к центральному сжатию.

После обжатия образцов-колонн зону стыка замоноличивали под нагрузкой бетоном марки М 150. Прочность элементов колонн к моменту испытаний составляла 300—320 кгс/см2. После набора бетоном замоноличивания необходимой прочности в обжатом состоянии образцы испытывали внецентренной нагрузкой (е0) на 1000-т прессе по ступенчатой методике вплоть до разрушения. При этом начальная нагрузка, приложенная по консолям с эксцентрицитетом по отношению к оси колонны, сохранялась постоянной в процессе загружения. Выгиб образцов под нагрузкой пресса заметно уменьшался, а трещины в связи с их предварительной перегрузкой закрывались при нагрузке 0,5 N ?п.

В зоне стыка по сжатой грани появились продольные трещины шириной до 0,5 мм при нагрузке 0,8 N°n . Прогибы в средней части возрастали незначительно и к моменту разрушения были не более 0,6 мм.

Как следует из рис. 3, для замоноличенных стыков относительные предельные деформации бетона в зоне сопряжения и по целой колонне различны в связи с заниженной прочностью замоноличенного бетона, армированного сетками, хотя в таких стыках происходят четкая передача усилий с бетона на бетон и перераспределение их в зоне стыка. Абсолютная величина продольной деформации в зоне стыка перед разрушением не превышала 2 мм (с учетом деформации шва —0,15 мм). Поперечные деформации стыка и бетона колонны составили в среднем 60Х ХЮ“5 и 40-10—5. Деформации арматуры достигали предела текучести.

Разрушение замоноличенных стыков колонн произошло по сечению сопряжения при 600 и 050 тс. Снижение несущей способности первого образца объясняется отсутствием сеток в зоне подрезок по боковым граням колонн по сравнению со вторым. Это позволило выявить работу сеток. По расчету на долю бетона с поперечным армированием в подрезках приходится до 55 т. Постановка сеток в боковых подрезках повышает прочность стыка. Для обеспечения совместной работы и устойчивости стыка необходимо устанавливать к омут в шве между торцами.

Разрушение стыков характеризовалось раздроблением сжатой Зоны бетона, армированного сетками, и потерей устойчивости сварными стержнями продольной арматуры (рис. 4).


Теоретические разрушающие нагрузки для сечения по замоноличенному стыку N Р рассчитывали по формуле (2) с учетом опытного прогиба (f on), замеренного до и после замоноличивания. Построение расчетной формулы по прочности нормального сечения колонн в зоне стыка соответствует общей методике, принятой в СНиП Ы-121-75 и руководстве


Расчет по формуле (2) без учета монтажной перегрузки арматуры дает хорошую сходимость с опытом. Однако на практике прочность бетона замоноличивания, укладываемого на месте, может оказаться пониженной, поэтому рекомендуется вводить в формулу (2) коэффициенты условий работы. В таблице сравниваются опытные, теоретические разрушающие и расчетные нагрузки.

Таким образом, можно отметить, что перенапряжения в арматуре и по центрирующей площадке, возникающие в монтажной стадии, не влияют на конечную несущую способность замоноличеиных стыков в стадии эксплуатации. Рассмотренный метод расчета стыков правильно оценивает их прочность без учета начальных напряжений.

Интерес с точки зрения методики проведения испытаний стыков представляют полученные данные с помощью магнитоупругих датчиков. Применяя их, удалось установить средние величины напряжений в бетоне, возникающие под центрирующей прокладкой (F), распределительной пластиной (Fz—Fi), в оставшейся площади по шву (F3) и в боковых подрезках бетона (F4). По этим данным построили эпюры напряжений в зависимости от действующей нагрузки для соответствующих площадей и получили достаточно четкую напряженную картину. Установлено, что наиболее напряженное состояние возникает под центрирующей прокладкой (49 см2), достигая к моменту разрушения стыка напряжений, равных в среднем 500 кгс/см2. Отмечено, что она включается в работу с начала нагружения образца, однако усилие, воспринимаемое прокладкой, невелико, поскольку ее площадь составляет всего 5% общей площади сечения колонны. В начальной стадии нагружения сжимающие напряжения в прямоугольной части сечения колонны очень малы. Магнитоупругае датчики (кроме двух) не реагировали до 400 тс. При увеличении усилия они включались в работу более интенсивно, особенно расположенные непосредственно под распределительным листом. Причем датчики, находящиеся в бетоне боковых подрезок, зафиксировали плавное нарастание напряжений.



Для такого составного сечения интересно перейти к действительным усилиям с учетом соответствующих площадей опирания в зоне стыка. Суммарное усилие, воспринимаемое элементами зоны стыка, составляет 485 тс (без учета арматуры), что соответствует опытной разрушающей нагрузке, поскольку арматура принятого сечения воспринимает на себя около 197 т. Магнитоупругие датчики позволили оценить напряженное состояние стыка в монтажной и эксплуатационной стадиях его работы с перераспределением усилий в арматуре и по центрирующей прокладке.

Первая партия опытных колонн с боковыми подрезками бетона для каркасов промзданий освоена Симферопольским и Московскими заводами ЖБК Ш 1,18 и 22.

Выводы

Проведенные исследования показали возможность загружеиия стыка при монтаже до замоноличивания с полным использованием арматуры. При этом стыки в замоноличенном состоянии, работающие на внецентренное сжатие, можно рассчитывать без учета предварительного загружения. Бетон замоноличивания и колонны в сечении по стыку вводят в расчет со своими расчетными сопротивлениями, учитывающими наличие поперечного армирования сетками. Учитывая худшие условия укладки бетона замоноличивания по сравнению с бетоном на участке колонн, наличие шва и прокладки, целесообразно предусмотреть при расчете замоноличенных стыков введение коэффициентов условий работы mg =0,9 к расчетному приведенному сопротивлению с учетом сеток — R? и mj =0,8 к расчетному приведенному сопротивлению бетона замоноличивания R. Применение универсальной конструкции подрезки бетона в таких стыках допускает любой вид сварки выпусков продольной арматуры.

Бетон и железобетон, избранные статьи - 1977 г.

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????