Новая конструкция преднапряженных большепролетных перекрытий
Соблюдение требований свободной планировки при проектировании общественных зданий, увеличение перекрываемых пролетов, а также применение новых конструкций несущих каркасов делают целесообразным использование специальных преднапряженных панелей. Они должны, как правило, обладать повышенными тепло- и звукоизоляционными качествами, а в некоторых .случаях служить для разводки трубопроводов. Применяемые в настоящее время в нашей стране и за рубежом специальные большепролетные панели с продольными пустотами прямоугольного сечения отличаются сложностью изготовления, а с овальными и круглыми пустотами — повышенным расходом бетона и арматуры.
ТбилЗНИИЭП исследована новая конструкция большепролетных преднапряженных составных панелей коробчатого сечения, предназначенных для покрытий и перекрытий общественных зданий с прямоугольными и многоугольными в плане помещениями. Предложенная конструкция относится к типу панелей с продольными пустотами прямоугольного сечения, имеющих две горизонтальные плоские поверхности, существенно упрощающие устройство пола и потолка. Пустоты создаются ребристыми железобетонными вкладышами корытообразной формы, уложенными одна на другую днищами в наружные стороны. По длине панели размещается не менее трех блоков спаренных вкладышей, вдоль которых у наружных граней устанавливается а» на упоры высокопрочная арматура из семипроволочных канатов (рис. 1). После замоноличивания свободного пространства по контуру панели, а также поперечных швов между блоками, армированных плоскими сварными каркасами, и передачи усилий обжатия на затвердевший бетон все вкладыши объединяются в единую конструкцию. Для передачи усилий обжатия вкладышам, изготовленным с использованием оснастки типовых плитно-ребристых настилов серий 1-165 (вып. Зс, 4с) и ПК-01-106, в металлические формы устанавливают бортовую гребенку, создающую местные прямоугольные углубления по наружным боковым граням вкладышей — бетонные шпонки.
Длина средних вкладышей не менее четверти пролета панели позволяет повысить ее несущую способность и трещиностойкость за счет включения в работу растянутой арматуры вкладышей и расположения швов в сечениях, суммарные напряжения в которых оказываются сжимающими. На базе вкладышей длиной 3 и 6 м разработаны рабочие чертежи большепролетных панелей коробчатого сечения пролетами 12, 15, 18 и 24 м.
Для отработки технологии изготовления, проверки фактической несущей способности, жесткости и трещиностой- кости испытали 6 натурных образцов пролетом 12 м — 5 прямоугольного очертания и один со скошенными под углом 15“ торцами. Натяжение основной рабочей арматуры, состоящей из восьми закрепленных на упорах семипроволочных канатов К-7 диаметром 15 мм, производили гидравлическими домкратами ДС-30-200 одновременно с двух сторон продольных ребер панели. Усилие натяжения на каждый канат составляло 15 тс. Натяжение арматуры контролировали по показаниям манометра и по удлинению канатов. При отпуске натяжения измеряли выгиб панели, ее сдвиг по дну формы, а также проскальзывание канатов. Натурные образцы панелей пролетом 12 м изучали ТбилЗНИИЭП совместно с Грузинским Политехническим институтом по специальной программе. Она предусматривала проведение статических и динамических испытаний по схеме свободно лежащей однопролетной плиты. При этом устанавливали фактическую работу панелей под нагрузкой, оценивали их прочность, жесткость и трещиностойкость. 5 панелей : испытывали кратковременной нагрузкой, а шестую — длительной равномерно распределенной нормативной нагрузкой (выдерживание 510 сут).
Загружение панелей осуществляли по различным схемам: четырьмя равными сосредоточенными силами, расположенными посередине каждого из четырех равных участков, на которые делится расчетный пролет панели (ППВ-12-1 и ППВ-12-2);
двумя поперечными полосовыми нагрузками, расположенными в третях пролета по длине панели, шириной в 25—30 см каждая (ППВ-12-1);
полосовыми нагрузками, равномерно распределенными по длине панели, занимающими в ее поперечном сечении полосу в средней части и по краям (ППВ-12-2);
сплошной нагрузкой, равномерно распределенной по поверхности панели со скошенными торцами (ППВ-12-3);
длительно действующей нагрузкой, равномерно распределенной по поверхности панели (ППВ-12-3).
Разнообразные схемы загружения служили для оценки прочности нормальных сечений панели (на изгиб) и выявления условия совместной работы вкладышей и ребер при полосовых нагрузках (например, при установке перегородок на перекрытие по длине панелей), а также прочности косых сечений панелей (по поперечной силе) при невыгодном характере загружения (перегородки, установленные поперек длины панелей).
Сосредоточенные нагрузки создавали гидравлическими домкратами ДГ-200, установленными на балке, и системой траверс и тяг, передающих реакции домкратов на силовой пол (рис. 2), полосовые нагрузки — при помощи сборных железобетонных балок, укладываемых на деревянные прокладки, расположенные на поверхности панели с зазорами. Равномерно-распределенные нагрузки осуществлялись с помощью сборных железобетонных балок, укладываемых непосредственно на поверхность панели, или специальных металлических ящиков с песком, равномерно расположенных по поверхности панели вдоль пролета.
Загружение панелей производили ступенями, составляющими 0,1 разрушающей нагрузки, с выдерживанием по 10 мин. При достижении максимальным изгибающим моментом .значения нормативного посередине пролета прикладывали сосредоточенный груз 100 кгс для проверки зыбкости панели. Затем нагрузку увеличивали до расчетной, загружали панель и выдерживали в течение часа, после чего доводили ее до разрушения.
Опыты показали, что несмотря на то, что предлагаемые панели составные по длине и высоте, они под воздействием кратковременной и длительно действующей статической нагрузки работают как цельное сечение и не обнаруживают признаков нарушения связи между вкладышами и бетонируемыми в последующем ребрами. При этом обеспечивается участие в работе как сжатой, так и растянутой зон панели полок вкладышей, деформации в которых по ширине панели развиваются сравнительно равномерно.
Прочность испытанных панелей соответствует расчетной и удовлетворяет требованиям норм. Расхождение между фактической и теоретической несущей способностью не превышает 22%. Причиной разрушения опытных панелей явилось раздробление сжатой зоны бетона посередине пролета. Перегрузки, созданные в работе элементов панели со скошенными торцами, не снизили несущей способности составной конструкции вследствие перераспределения усилий. Приложение сосредоточенных сил или полосовой поперечной нагрузки, расположенных несимметрично относительно продольной оси панели, подтвердило удовлетворительную работу шпоночных соединений при сложном напряженном состоянии (изгиб с кручением).
Характер графиков развития прогибов и деформаций соответствует обычной - картине деформирования изгибаемых железобетонных конструкций под нагрузкой. Прогибы панелей оказались меньше допускаемых СНиП. Прирост прогибов за время испытания панели, длительно действующей нагрузкой (свободное состояние под нагрузкой от собственной массы 105 сут, кратковременное загружение и выдерживание панели 403 сут) составил 30 мм.
На всех этапах загружения при нагрузках, меньших и на 10—15% больших нормативной, максимальное раскрытие трещин не превышало 0,05 мм. Продольных трещин между вкладышами и ребрами или поперечных трещин в мёстах сопряжения вкладышей, а также косых трещин в опорных зонах не наблюдалось. На торцевых диафрагмах панелей после снятия натяжения возникали волосяные трещины неорганизованного направления, которые в дальнейшем мало развивались. Таким образом, исследуемые панели удовлетворяют требованиям норм, предъявляемым к преднапряженным элементам II категории трещиностйкости.
При пролете 12 м по сравнению с многопустотными панелями серии ПК-8-120-15, разработанными ЦНИИЭП учебных зданий, достигается снижение расхода стали на 38%, бетона-—-на 29%. Комиссия по внедрению новых конструкций и строительных материалов при Госстрое ГССР одобрила предложенную конструкцию преднапряженных большепролетных панелей покрытий и перекрытий и рекомендовала применять ее при строительстве общественных зданий. Минстрой ГССР и Главсочиспецстрой приняли решение о внедрении этих панелей; выпуск их намечено организовать на Кутаисском заводе ЖБИ треста Стройиндустрия и на заводе ЖБИ в Адлере.