Преднапряженные ребристые плиты из керамзитобетонов повышенной деформативности
В проектах, разрабатываемых ЦНИИпромзданий, Гитаржисельхозом и другими институтами, для керамэитобетонных несущих конструкций обычно предусматривается применение конструктивного керамзитобетона на керамзите насыпной массой не ниже 700 кг/м. Однако для керамзита, выпускаемого в Литовской ССР (Лалямонаоакий керамический завод), этот показатель обычно не превышает 550 кг/м3, что в значительной мере обусловливает повышение как у другой, так и пластической деформативности керэмзи- тобетонов. Поэтому при подготовке к внедрению конструкций, изготовляемых с применением местного керамзита, в секторе строительных конструкций Литовского НИИСА последовали прочность, трещиностонкость и жесткость преднапряженных керамзитобетонных ребристых плит размером 3X6 м для покрытий производственных зданий.
Было испытано кратковременно и длительно действующими нагрузками 16 плит, запроектированных, согласно СНиП Н-21-75, аналогично плитам из тяжелых бетонов по рабочим чертежам серии 1.465-7 под полезные нормативные нагрузки 100, 220, 300 и 360 кге/м2 (в маркировке обозначены соответственно цифрами 1—4). Плиты изготовляли на Каунасском заводе ЖБИ-3 из керамзитобетонов проектных марок М 250 и М 300 с применением напрягаемой арматуры классов A-1V и Ат-V. Составы керамзитобетонов, установленные опытным путем, отличались только расходом цемента (соответственно 300 и 400 кг на 1 м3 уплотненной смеси) при одинаковых расходах заполнителей — 770 л/м3 керамзитового гравия (480 кг/м3, 18,4 кгс/см2, d=5...10 мм) и 500 л/м3 стрсжтелыного песка. Количество воды определяли в зависимости от необходимой жесткости смеси. Предварительное напряжение арматуры осуществляли электротермическим способом и контролировали по удлинению стержней. Ку- биковая прочность керамзитобетона в момент его обжатия составляла 168— 189 и 195—214 кге/ом2 (для проектных марок М 250 и М 300), а объемная масса при естественной влажности (после пропаривания по режиму 3+8+3 ч) — 1700—1750 кг/м3.
Испытания контрольных кубов и призм показали, что в 28-сут возрасте фактическая прочность керамзитобетона составляла соответственно 215—226 и 234—255 кгс/см2, а модуль упругости— (148—161) 10я и (164—175) 10э кгс/ом2 (против нормативного 162 500 и 175 500 кге/ом2). Это объясняется тем, что в заводских условиях не обеспечивалась точность дозировки керамзитобетонной смеси, и применяли керамзит, характеристики которого были хуже требуемых ГОСТ 9757—73.
Результаты, полученные при кратковременных испытаниях десяти опытных плит, сопоставляли с контрольными (по ГОСТ 8829—66) и расчетными (1) значениями прочности, трещиносгойкости и жесткости,, при определении которых принимали нормативные характеристики материалов и проектные размеры сечений. Контрольные нагрузки принимали с учетом собственной массы плит — с замоноличиванием ?нв=120; qc в = =435 кге/м2 (при фактической объемной массе1800 кг/м3). Плиты разрушались в основном из-за текучести или из- за обрыва предиапряженной арматуры продольных ребер, сопровождавшегося раздроблением бетона сжатой зоны. Сопоставление опытных и контрольных значений показало, что все испытанные плиты (за исключением бракованной) имели достаточный запас прочности, трещиностойкость и жесткость. Сравнение же опытных и расчетных величин прочности, моментов трещинообразования, ширины раскрытия трещин и прогибов подтвердило, что принятая методика расчета (1) при кратковременном действии нагрузок вполне обеспечивает надежность плит даже в случае применения керамзита, характеристики которого несколько хуже рекомендуемых ГОСТ 9757—73. Фактические разрушающие нагрузки в среднем на 25% больше установленных расчетом, что объясняется нормативными ограничениями расчетной ширины полки, значительным запасом прочности материалов и др. Только при нагрузках, меньших нагрузок трешинообразовання, фактические прогибы несколько больше расчетных (рис. 1). Это объясняется тем, что фактические модули упругости керамзитобетонов были меньше принятых к расчетах. Несколько худший результат сопоставления опытных и расчетных величин ширины раскрытия трещин (опытные больше в среднем на 4%) можно объяснить малостью этих величин.
Таким образом, результаты кратковременных испытаний следует считать положительными. Однако керамзитобстопные плиты, изготовленные с применением керамзита низкой объемной массы прочности, обладают пониженной жесткостью. Особенно важно в эксперименте проследить влияние на полный прогиб таких видов пластической деформативности, как усадка и ползучесть, пока не поддающихся более точному учету при проектировании, поэтому для проверки надежности керамэитобетонных плит при длительном действии сил пред- напряжения и внешней нагрузки в течение одного года поставили соответствующие опыты (рис. 2). Длительные испытания проводили при нагрузках, близких к полным нормативным, при которых трещины в продольных ребрах плит не были обнаружены (за исключением плит КПА-1У-250-3, в которых через 120 сут после нагружения появились трещины шириной до 0,005 мм, расположенные во всех направлениях). В большинстве случаев начальные прогибы плит при нагружении не погашали их выгибов fBn (ti). Несмотря на это, прогибы увеличивались за весь период наблюдения (см. рис. 2) и их конечная величина составила в среднем 1,54 начальной при коэффициенте вариации 6,8% (конечная величина прогиба определена по расчету, прирост прогиба за И мес составляет 80% предельного прироста).
Полные величины опытных прогибов, представляющие собой алгебраические суммы величин выгибов fBn(Ti) и конечных прогибов, значительно меньше расчетных сниП и допустимой по нормам 29,5 мм (при определении СНиПсчитали, что это объясняется как несовершенством методики расчета, не позволяющей более точно учитывать влияние возраста бетона при нагружении элемента и действительныё запасы его жесткости и трещиностойкости (особенно влияния пред- напряжения на прогиб элементов III категории трещиностойкостн), так и продолжительным выдерживанием плит в ненагруженном состоянии, способствующем увеличению выгиба. При попытке же применить методику, принятую в СНиП II-21-75, оказалось, что во многих случаях вычисленная кривизна на участках плит с трещинами меньше кривизны на участках без трещин.
Значительно лучше результат сопоставления опытных fon и расчетных /т значений полного прогиба получается при использовании формулы
Выводы
Для плит покрытия размером 3X6 м под полезные нормативные нагрузки до 360 кгс/м2 включительно можно применять керамзитобетоны марки М250 повышенной деформации (т. е. с использованием керамзита с ук = 500..600 кг/м3 и ц=20...25 кгс/см2), так как величина полного прогиба при несколько заниженной жесткости плиты регулируется правильно установленным предварительным обжатием, определяющим величину выгиба. При этом по сравнению с плитами из тяжелых бетонов расход цемента й арматуры не увеличивается.
Методика расчета, принятая в нормативных документах, обеспечивает достаточный запас прочности, трещиностойкости и жесткости керамзитобетонных плит, в том числе по полным деформациям (прогибам), плиты способны нести нагрузку, значительно большую принятой в расчете.
При определении полных прогибов изгибаемых элементов рекомендуется применять формулу (1), позволяющую более точно учитывать влияние возраста элемента при нагружении, продолжительности действия нагрузки и преднапряжения. В стадии проектирования значения Ti и t принимают с учетом наиболее неблагоприятных условий (для керамзитобетонных плит TI=30 и f=oo).