ригеля и приопорных участков настила. Основная сложность такого подхода заключается в определении размеров участков комплексного сечения из элементов настила.

Контрольные вопросы

1.Механизм воздействия настила на балки перекрытий.

2.Особенности деформирования элементов в системе перекрытия.

3.Характер усилий взаимодействия настила с балками.

4.Основные расчётные модели системы "ригель–настил".

СБАЛКАМИ ПОКРЫТИЯ

14.1.Результаты экспериментальногоДисследования покрытия

Сцелью определениябпригодностиА к эксплуатации проводили обследование несущих конструкций одноэтажного здания промывоч- но-пропарочной станци(ППС), предназначенной для подготовки железнодорожных ц стерн под налив нефтепродуктов [10]. Обследование потребовалосьСв связи с реконструкцией станции, эксплуатируемой в течение 20 лет. Каркасное однопролетное здание станции размером в плане 15×150 м было выполнено из сборного железобетона. В покрытии применены стропильные балки таврового сечения пролетом 15 м и ребристые плиты пролетом 6 м.

Модернизация технологического оборудования, в частности, сложной системы вентиляции с многочисленными выходами на покрытие, необходимость значительного ремонта кровли, плохое состояние отдельных плит оправдывали целесообразность замены части настила. Демонтаж балок по разным причинам исключался, поэтому при обследовании основное внимание было обращено на оценку пригодности стропильных балок, выполненных без предварительного напряжения арматуры.

Несмотря на значительный срок службы и сложный темпера- турно-влажностный режим внутри здания, отказов конструкций в

73

процессе эксплуатации не отмечалось. Однако при осмотре балок были обнаружены трещины шириной раскрытия до 0,3 мм, а также отколы защитного слоя бетона с обнажениями конструктивной проволочной арматуры. Для более тщательного обследования и проверки надежности были отобраны две расположенные рядом балки с характерными дефектами.

С целью выявления степени коррозии арматуры удалили защитный слой бетона на участках с трещинами. Следов коррозии на арматуре не обнаружили. В то же время сварные швы в соединениях подверглись значительной коррозии. Отклонений от проекта в сопряжениях сборных элементов не отмечено, за исключением плохого качества раствора в межплитных швах.

Прочность бетона на поверхностных участках балок определяли при помощи молотка Кашкарова. Средние значения прочности составили около 50 МПа, что соответствовало проектным характеристикам с учетом возраста бетона.

С целью определения жесткости и трещиностойкости балок раз-

Рис. 14.1. Конструктивная и испытательная схемы покрытия здания ППС

Испытания проводили в два этапа. На первом этапе испытательную нагрузку из бетонных блоков массой 0,8 – 2 т равномерно рас-

74

пределяли вдоль пролета обеих контрольных балок. Сначала загрузили одну из балок до уровня, соответствующего расчетным значениям изгибающего момента в пролете и поперечной силы на опорах. Загружение осуществлено за пять ступеней, после каждой из которых измеряли вертикальные перемещения балок в середине пролета и на опорах прогибомерами Максимова с ценой деления 0,1 мм. После первой балки в такой же последовательности загрузили вторую балку. С целью последующего выявления разгружающего влияния смежных незагруженных балок измеряли также их перемещения. В процессе испытания наблюдали за образованием и развитием трещин в конструкциях.

Результаты испытания подтвердили некоторое разгружающее влияние смежных балок (до 10 – 20 % на каждой ступени), связанных настилом с контрольными балками. ОднакоИожидалось, что на каждую из контрольных балок действовала испытательная нагрузка, эквивалентная нормативной. ПолученыДданные о существенном различии деформаций контрольных балок, основной причиной которого предположительно оказалась разная степень совместной работы их с настилом из-за неоднородностиАмежплитных связей. Обоснованность этой предпосылки проверяли на втором этапе испытания, в процессе которого загружали толькобменее жесткую балку.

Перед загружением сварные швы между балкой и плитами п о- крытия, опирающимисяина нее, удалили, а швы между плитами тщательно очистили от раствора. Во время испытания плиты служили только для удобстваСразмещен я нагрузки на опытной балке и оказывали на нее лишь местное вл яние. Балку загрузили до нормативной нагрузки за 4 ступени.

Анализ результатов испытаний подтвердил значительное влияние настила на балку. На уровне нормативной нагрузки на втором этапе прогиб контрольной балки оказался на 35 % больше, чем на первом этапе. Раскрытие трещин от действия испытательной нагрузки не превысило 0,05 мм. По сравнению с результатами расчета балок по упрощенной схеме без учета взаимодействия сборных элементов опытные данные свидетельствуют о значительных резервах жесткости и трещиностойкости балок в составе каркаса. Согласно расчетам ожидалось приращение прогибов балки от испытательной нагрузки, соответствующей нормативной, до 2,63 – 2,96 см, а приращение ширины раскрытия трещин до 0,2 мм, что значительно больше опытных данных.

75

Поскольку влияние настила распространяется и на предельные состояния по прочности, было предположено о наличии соответствующих запасов и в этой стадии напряженно-деформированного состояния балок. Поэтому в результате проведенного обследования было принято решение о возможности дальнейшей эксплуатации балок при условии устранения дефектов и качественного выполнения работ по обеспечению взаимодействия настилов со стропильными конструкциями.

14.2. Расчёт решетчатых балок, взаимодействующих с плитами

Несущую способность стропильных решетчатых балок при независимой от плит покрытия работе рекомендуется определять методом сечений с учетом перераспределения усилий с нижнего пояса на

Рис. 14.2. Расчетная схема покрытия и сечения:

а – отдельной балки; б – балки, взаимодействующей с настилом

76

Учет перераспределения усилий по условию (14.1) тем эффективнее, чем выше прочность верхнего пояса на внецентренное сжатие. Это подтвердилось, в частности, исследованиями и внедрением усовершенствованных конструкций решетчатых балок серии 1.462.1- 3/80 с развитым верхним поясом. В реальных системах покрытий стропильные конструкции взаимодействуют с плитами, в результате чего сжимающие усилия действуют не только в верхнем поясе балок, но и частично передаются через замоноличенные швы приопорных участков настила. Несущая способность сжатого комплексного сечения увеличивается, и, следовательно, прочность системы "балка – на-

стил" должна быть больше прочности балки на величину M1/ = Nz . Эта величина определяет резерв несущей способности балок, рабо-

Сжимающее усилие N, которое передается через настил в на-

правлении пролета балки, равно минимальному значению равнодействующей усилий сдвига Т, возникающихДпо контакту плит с балкой,

слева или справа от расчетного сечения. Сдвигу плит к опорам балки

препятствуют силы трения и сварные связи. Усилия в связях зависят от прочности и деформативностиАопорных участков продольных ре-

бер плит, закладных деталей в сборных изделиях и сварных соединений. В результате анализабнапряженно-деформированного состояния

системы покрытия сделан вывод, что при разрушающей нагрузке на покрытии и даже ранееивполне вероятно достижение предельных усилий в сварных соед нен ях. Если исчерпание их прочности сопровождается текучестьюСанкерных стержней закладных деталей, то можно ожидать плавного распределения сдвигающих усилий между отдельными связями в местах опирания ребер плит на балку. На основании этого, а также в результате проверочных расчетов и анализа опытных данных установлено, что в предельном состоянии по прочности реальных систем усилия в связях следует принимать равными несущей способности типовых закладных деталей, используемых для соединения с плитами и расположенных в балке по одну из сторон от расчетного сечения. Следует отметить, что ввиду недостатка опытных данных о работе соединений сборных железобетонных элементов при их взаимодействии излагаемая методика является приближенной и рекомендуется лишь для оценки резервов прочности эксплуатируемых систем.

Плечо zn пары сил Т - N , создающей момент Мn относительно крайнего волокна верхнего пояса балки, можно вычислить, если из-

77

вестна высота сжатой зоны настила хn. Для определения хn используем условие совместности деформаций настила из жестких в поперечном направлении плит и балочного ригеля. В системах покрытия из ребристых плит, имеющих небольшую изгибную жесткость в поперечном направлении, в случае приварки сдвоенных продольных ребер плит к закладным деталям балки раскрытие снизу межплитного шва на опоре затруднено и при перемещении балки возможна депланация поперечных сечений плит с образованием трещин в ребрах. При таком механизме взаимодействия нарушается одна из расчетных предпосылок (гипотеза плоских сечений), положенных в основу зависимости (14.1), которая тем самым оказывается приближенной, но обеспечивающей запас прочности.

Определение кривизны балки является наиболее трудоемким

тан достаточно простой приближенный способИустановления кривизны решетчатых балок, в том числе с учетом влияния настила.

этапом расчета. Однако погрешность вычисления ∆k и Eb/ незначи-

тельно отражается на конечном результате. сходя из этого, разрабо-

В конструкции решетчатых балок имеются четко выраженные пояса, напряженное состояние которых описывается формулой (14.1).

где εs – относительные деформации арматуры растянутого пояса; εbo – осевые относительные деформации сжатого верхнего пояса.

Использование параметров осевых деформаций позволяет избе-

жать влияния неравномерности деформаций крайних сжатых волокон,

деления относительных деформаций как в стадии, близкой к разрушению, так и при замыкании связей.

Относительные деформации арматуры перед разрушением на-

78