книги из ГПНТБ / Митрофанов, Е. Н. Армоцемент

момента и продольной сжимающей силы произошло в стыке при нагрузке, превышающей расчетную иа 50%. Этот коэффициент запаса может быть увеличен, в чем, однако, нет особой необхо­ димости.

Существенным фактором в оценке эффективности применения болтовых соединений элементов армоцементиых конструкций яв­ ляется учет влияния на работу пристыковой зоны. Данные испы­ таний свидетельствуют, что «точечная» передача усилий с одного элемента на другой вполне возможна при определенных соотно­ шениях их геометрических размеров.

Рис. 14. Стыкование двух элементов

Установлено, что шаг болтовых стыковых сопряжений по се­ чению элемента может приниматься из условия восприятия одним

в армоцементиых конструкциях торцевые поверхности стыкуемых элементов надо предварительно смазать эпоксидным клеем; это способствует более равномерной передаче усилий (по данным ис­ пытаний ЛенЗНИИЭП), причем прочность стыка повышается в среднем на 30% по сравнению с обычным типом болтового сое­ динения. Отслоение цементно-эпоксидного клея от поверхности бе­ тона и растрескивание самого клеевого шва в растянутой зоне стыка произошло при нагрузке 100—120% от расчетной. Сопротив­ ляемость стыка трещинообразованию повысилась на 15%. Коэф­ фициент запаса клее-болтового соединения по прочности соста­ вил 1,8.

Таким образом, болтовые соединения сборных элементов ар­ моцементиых конструкций, а также их разновидности являются перспективным типом соединений. При дальнейших исследованиях необходимо обратить особое внимание на разработку новых ва­ риантов стыковых соединений, учитывая большое разнообразие

101

Г л а в а ч е т в е р т а я

НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ТИПОВ АРМОЦЕМЕНТИЫХ КОНСТРУКЦИИ

Большое количество натурных испытаний армоцементиых кон­ струкций различного типа и назначения было проведено лаборато­ риями ЛенЗНИИЭП (б. Ленфилиал АС и А СССР), НИИЖБ, НИИ сельстроя, СибЗНИИЭП, НИИСК Госстроя СССР, трестом «Оргэнергострой» (Куйбышев) и другими организациями. Они по­ зволили оценить работу армоцемента в конструкции, а также уточ­ нить методику расчета армоцементиых конструкций.

В настоящей главе рассматриваются результаты натурных ис­ пытаний армоцементиых конструкций балочного и сводчатого ти­

ставляет определенный практический интерес. Известно, что ста­ тический расчет тонкостенных конструкций открытого профиля производится в предположении упругой работы материала и неде­ формируемости контура сечения. Действительная же работа таких конструкций характеризуется более сложной картиной напряжен­ но-деформируемого состояния в сравнении с напряженно-деформи­ руемым состоянием, получаемым при теоретическом расчете.

Основной причиной такого положения является неучет при рас­ чете конструкций с открытым профилем сечения работы их в по­ перечном направлении. А это обстоятельство, как показали ре­ зультаты натурных испытаний армоцементиых конструкций, имеет ислючительно важное значение, особенно, когда речь идет об оценке их деформативности. В этом, собственно, и заключается ос­ новной смысл рассмотрения результатов натурных испытаний от­ дельных типов конструкций.

Отсутствие практических методов расчета подобных конструк­ ций в двух направлениях значительно осложняет анализ экспери­ ментальных данных, особенно при выявлении степени несоответ­

Значительная часть осуществленных покрытий из армоцемента приходится на долю настилов переменного сечения, которые могут найти применение при строительстве как гражданских, так и про­ мышленных зданий.

103

Конструктивное решение покрытия представляет систему, соби­ раемую из настилов переменного волнообразного сечения, изме­ няющихся от середины пролета в направлении опоры. Сопряжение элементов в продольном направлении осуществлялось монолитным стыком, устраиваемым на гребне полуволн, а на опорах — путем анкеровки к стенам. Балочные настилы переменного волнообраз­ ного сечения применяются для перекрытия пролетов 6—18 м. Большинство осуществленных конструкций изготавливалось из бе­

было установлено превышение экспериментальных значений про­ гибов над теоретическими. Это можно объяснить несовершенством практических методов расчета конструкций с открытым профилем сечения, а также и тем, что не учитывалось влияние неупругих деформаций на параметры жесткости, принятые СНиП.

Использование при дальнейшем проектировании подобных кон­ струкций рекомендаций СН 366—67 позволило получить вполне удовлетворительную сходимость теоретических и эксперименталь­ ных данных по прочности и деформациям.

Установлено при этом, что прогибы балочных настилов пере­ менного волнообразного сечения от воздействия нормативных на­ грузок находятся в допустимых пределах (не более Узоо пролета), а их сопротивляемость трещинообразоваиию и раскрытию трещин оказалась выше расчетных значений, что в известной мере обуслов­ лено ткаными стальными сетками.

ментным заполнением в виде линейчатых поверхностей. Харак­ терными примерами таких конструкций являются кровельные на­ стилы типа «Грани» пролетом 10—12 м и «Бабочка» пролетом 15—18 м. Конструкции подобного типа имеют в середине пролета V-образное сечение, которое по мере приближения к опоре раскры­ вается и на опоре переходит в плиту.

Настилы типа «Грани» имеют бортовые элементы прямолиней­ ного, а «Бабочка» — криволинейного очертания.

Основной целью испытаний являлось изучение напряженно-де­ формированного состояния конструкций, находящихся под эксплуа­ тационной нагрузкой.

Конструкции изготавливались в деревянной опалубке. Арми­ рование— комбинированное; в железобетонные элементы уклады­ валась стержневая арматура или арматурные пучки, состоящие из

104

по фактическим данным опытных конструкций производилось по

методики расчета по СН 366—67.

Прочность

Напряженное состояние конструкций рассматриваемого типа представляет сложную картину. Наличие в них больших участков линейчатых поверхностей предопределяет значительную деформативность поперечного сечения, которая вызывает дополнительные напряжения.

Бортовые ребра находятся в условиях внецентренного сжатия, а балки — в условиях внецентренного растяжения. Армоцементные стенки работают в двух направлениях с преобладающим изгибным характером.

Максимальные напряжения в крайних волокнах настилов от равномерно распределенной нагрузки возникают, как правило, в 'Д пролета. Это обстоятельство накладывает определенные тре­ бования на выбор оптимальной формы сечения, обеспечивающей

требованиям, предъявляемым к ним ГОСТ 8829—66. Минимальный коэффициент запаса составляет С=1,4.

Результаты экспериментальных данных свидетельствуют также о неоднородности работы таких систем на упругопластической ста­ дии. Неоднородность проявляется в асимметрии работы бортовых элементов, что вносит известные трудности в определение, напри­ мер, плеча внутренней пары и т. д.

Специфику работы описываемых конструкций при расчете их по первому предельному состоянию следует учитывать путем вклю­ чения в расчетную формулу прочности коэффициента условий ра­ боты mi или же учесть это обстоятельство при статическом рас­ чете. Как видно из табл. 30, величина коэффициента условий ра­ боты для настилов типа «Грани» и «Бабочка» различна. Это объяс­ няется тем, что в настилах типа «Бабочка» стабильность в работе основных несущих элементов нарушается не только за счет асим-

105

метрии деформирования контура сечения, но и за счет неоднород­ ности их напряженного состояния при предварительном напряже­ нии пучков.

Жесткость

Конструкции открытого профиля при воздействии равномерно распределенной нагрузки работают по условно-балочной схеме. Отличительной особенностью их является наличие седлообразной эпюры перемещений. Наибольший прогиб конструкции наблюда­ ется в Уз пролета вместо середины, как это имеет место в балочных конструкциях с недеформируемым контуром. Причинами уменьше­ ния прогиба в середине пролета служат деформативность сечения настила и несоответствие изменения высоты сечения эпюре изги­ бающих моментов. Величина горизонтальных смещений бортовых ребер в середине сечения по абсолютному, значению приблизи­ тельно равна величине вертикального перемещения их; это приво­ дит к тому, что бортовые элементы, перемещаясь внутрь конструк­ ции, поворачиваются. Такой вид деформации бортовых элементов повышает величину общего момента инерции конструкций за счет

соответственно составили: для балки 39,5 мм, для бортовых эле­ ментов 20,5 и 19 мм. Горизонтальные перемещения бортовых рёбер в этом же сечении равны 22 и 16 мм.

Аналогичная картина наблюдается при работе настилов типа «Грани» (/=12 м) и «Бабочка» (/=18 м). В результате испытаний было установлено, что в ряде случаев экспериментальные значе-

106

ния прогибов превышают теоретические на 15%; это расхождение объясняется прежде всего завышением упругих характеристик бе­ тона, недоучетом потерь предварительного напряжения в арматуре за счет трения, ползучести, а также появления трещин в конструк­ циях.

Учитывая неоднородность работы бортовых элементов насти­ лов, а следовательно, и всей конструкции в целом, представляется целесообразным при статическом расчете конструкции вводить в расчетные формулы коэффициент условий работы т = 1 , 1 0 , уста­ новленный в результате испытаний комбинированных конструкций; этот коэффициент позволит прямым путем учесть несовершенство практических методов расчета линейчатых конструкций.

Трещиностойкость

Сопротивляемость комбинированных конструкций трещинообразованию, как показали испытания, превышает расчетные данные. Ширина раскрытия трещин в настилах при нормативных нагруз­ ках достигает значительной величины — а т = 0 , 1 5 мм. Трещины с балки"настила распространяются также на участки армоцемент­ ных стенок.

Наряду с трещинами, возникающими в растянутой зоне насти­ лов, они возникают также в бортовых элементах за счет депланации сечения, причем участки более интенсивного трещинообразова­ ния располагаются в сечениях 7б и llzl, т. е. в тех, где происходит максимальное смещение ребер в наружную сторо,ну или внутрь конструкции.

Следует отметить, что бортовые элементы прямолинейного очер­ тания в настилах типа «Грани» претерпевают значительно боль­ шие деформации, чем бортовые элементы криволинейного очерта­ ния настилов «Бабочка»; поэтому их необходимо дополнительно рассчитывать на местный изгиб.

В заключение надо сказать, что статический расчет подобных конструкций требует уточнения, прежде всего путем совершенство­ вания расчета в поперечном направлении.

§ 3. ДЮБЕЛЬНЫЕ БАЛКИ *

Конструкции подобного рода включают железобетонные пояса (верхний и нижний), ребра жесткости и армоцементные стенки, охватывающие с двух сторон набор указанных элементов балки. Соединение армоцементных пластин с железобетонными элемен­ тами осуществляется с помощью металлических дюбелей.

Исследованию были подвергнуты армоцементные балки проле­ том 12 м, высотой 1,2 м. Железобетонные пояса имели прямоуголь-

* Исследование дюбельных балок производилось с целью изучения напря­ женно-деформированного состояния при кратковременных и длительных воздей­ ствиях нагрузок.

107

в армоцементиых листах трещина распространилась на всю высо­ ту сечения балки, исключив тем самым совместную работу ее эле­ ментов. Железобетонные пояса при этом остались не разрушен­ ными.

Жесткость балок является основной характеристикой оценки работы дюбельных соединений. Максимальный прогиб под дейст­ вием нормативной нагрузки составляет 21 мм. При этом практи­ чески сохраняется линейная зависимость между перемещениями и нагрузкой вплоть до разрушения. Прогиб при нагрузке, превышаю­ щей в два раза нормативную, был равен 45 мм.

При разгрузке балки происходит расшатывание дюбельных сое­ динений, что незамедлительно сказывается на величине остаточ­ ных деформаций. Величина остаточных деформаций при разгрузке балки до условного нуля составила 50—60% от прогиба, образо­ вавшегося при загружении ее нормативной нагрузкой.

Одним из важных факторов оценки работы балки является рас­ пределение изгибающего момента между ее элементами. Установ­

ски не меняет своего положения вплоть до расчетной нагрузки. Действительно, на начальной стадии работы балки растянутая зона составляла 0,425 h0, а при нормативной нагрузке /гр = 0,46 /г0, т. е. изменения произошли незначительные. Деформации распределя­ ются по высоте сечения практически по линейному закону, и лишь при нагрузке, равной 0,8 qlh эта закономерность нарушается.

При длительном загружении балки произошли существенные изменения деформированного состояния элементов: появились тре­ щины как в поясах, так и в стенках, что привело к перераспреде­ лению усилий. Стенки балки несколько разгрузились, а пояса, на­ оборот, восприняли большие усилия, чем на аналогичной стадии работы балки при кратковременном загружении. Арматура растя­ нутого и сжатого поясов восприняла дополнительное усилие в ре­ зультате перераспределения усилий и ползучести. Увеличение на­ пряжений в арматуре составило 15%.

Определенный интерес представляет работа стенок балки. При нормативной нагрузке они начинают выпучиваться; горизонтальные перемещения достигают 6,75 мм. Характер деформированного со­ стояния стенки напоминает работу пластинки с соотношением сто­ рон 1 :3, защемленной по четырем сторонам и находящейся под воздействием нормальных напряжений от изгиба и касательных напряжений. Абсолютные значения нормальных напряжений из­ гиба определяются соответственно: для сжатых й растянутых во­

Критическое состояние стенок наступает при нагрузке, превышаю­ щей нормативную на 70%, т. е. на стадии, предшествующей разру-

109

Рис. 16. Общий вид стенда для длительных испытаний армоцементных балок

/ — домкрат; 2 — фиксаторы; 3 — п р у ж и н ы