книги из ГПНТБ / Глуховский А.Д. Каркасы многоэтажных промышленных зданий с крупной сеткой колонн
.pdfи близкой к разрушающей |
нагрузками приведены |
|||
в табл. 23. |
|
|
Т а б л и ц а 23 |
|
|
|
|
||
Максимальные прогибы в середине пролета (мм) |
|
|||
|
Верхний пояс |
Нижний пояс |
||
Нагрузка |
ферма |
ферма |
ферма |
ферма |
|
№ 1 |
№ 2 |
К-2 1 |
№ 2 |
Н орм ативная...................... |
4,15 |
5,67 |
5,98 |
6, 17 |
Р асчетная.............................. |
5,42 |
6,77 |
7,63 |
7,77 |
Близкая к разрушающей . |
17,91 |
24,45 |
37,13 |
30,71 |
Трещины в обеих фермах были обнаружены на верх нем поясе и в стойке при нагрузках, равных 0,9 (в ферме № 1) и 0,8 (в ферме № 2) нормативной. Величины их раскрытия составляли 0,05 мм. При нормативной нагруз ке эти же трещины раскрылись до 0,1—0,12 мм. При рас четной нагрузке появились трещины в предварительно напряженном нижнем поясе. Раскрытие этих трещин до момента разрушения было не больше 0,1 мм.
Выполненный эксперимент позволяет сделать следу ющие выводы.
1. Проверенные фермьГпо прочности удовлетворяют требованиям «Указаний по производственным испытани ям крупноразмерных предварительно-напряженных железобетоииыX конструкций».
2.Прогибы ферм под нормативными нагрузками ока зались значительно меньше расчетных, и, таким обра зом, по жесткости фермы вполне удовлетворяют норма тивным требованиям.
3.Величины раскрытия трещин в ненапряженных элементах верхнего пояса и подвесок от нормативных
нагрузок не превышали 0,3 мм (предельно допустимой величины для элементов конструкций III категории тре щиностойкости). В элементах нижнего предварительно напряженного пояса при нормативной нагрузке трещин не было.
Таким образом, и по трещиностойкости фермы удо влетворяют нормативным требованиям.
В Запорожье опытные образцы двух ферм были из готовлены на заводе железобетонных конструкций. Фер ма состоит из двух параллельных поясов, пяти стоек
59
и двух подкосов (рис. 17). Пояса фермы имеют тавровое поперечное сечение с двумя полками для опирания на стила перекрытий. Поперечные сечения стоек и подкосов прямоугольные. Длина фермы 10,9 м, высота 3,4 м. Ниж ние пояса ферм с предварительно-напряженной арма турой были изготовлены отдельно. Их бетонировали в рабочем положении в металлической опалубке с откид ными бортами. Стенд для изготовления нижних поясов выполнили из трех продольных железобетонных балок,
1-1
век
Рис. 17. Опытным образец рамно-подкоспоіі фермы
на которые через сварные металлические упоры переда вали усилия от напрягаемой стержневой арматуры.
Предварительно-напряженная стержневая арматура нижнего пояса состояла из четырех стержней диаметром 32 мм и двух стержней диаметром 28 мм из низколеги рованной стали периодического профиля марки 35ГС, упрочненной вытяжкой до 5500 кгс/см2 при удлинении до 3,5%. Натяжение осуществляли домкратами по одно му стержню и контролировали как по усилию, так и по удлинению.
Усилия от напряженной арматуры были переданы на 'бетон в момент, когда прочность последнего, по данным испытания контрольных кубиков, составляла 343 кгс/см2.
Фермы изготовляли в горизонтальном положении в деревянной опалубке. Отдельно заготовленные нижние пояса в местах примыкания к ним стоек и подкосов име ли выпуски арматуры. К ним приваривали арматуру каркасов решетки фермы. В фермы укладывали бетон марки 400. Расход бетона на одну ферму 4,45 м3; расход арматурной стали 942 кг; вес фермы 11 т.
60
К моменту испытания прочность бетона, по данным контрольных кубиков, составляла: в нижнем поясе фер мы № 1 — 444 кгс/см2, фермы № 2 — 444 кгс/см2, в верх нем поясе фермы № 1 — 389 кгс/см2, фермы № 2 —■ 389 кгс/см2.
Рис. 18. Испытание ферм. Общий вид
Фермы испытывали в горизонтальном положении на специально изготовленном испытательном стенде (рис. 18). Обе фермы были связаны системой металли ческих тяжей и распределительных траверс. Через эту систему связей нагрузка от двух отдельных групп гид родомкратов передавалась в строго фиксированных точ ках верхних и нижних поясов обеих ферм.
Верхние пояса ферм нагружали домкратами типа ДП-60-315 в девяти точках. Нижние пояса ферм — дом кратами типа ДП-100 в восьми точках.
Схема приложения нагрузок показана на рис. 19. Обе группы домкратов объединили в раздельные гидравли ческие системы, питаемые двумя насосными станциями.
Опирание ферм на стенд было свободным. Система Катковых опор обеспечивала полную свободу перемеще ний всех элементов фермы и оснастки при деформации последних.
61
В соответствии^ задачами испытания составили схему расположения измерительных приборов. При этом ис пользовали прогибомеры системы Максимова с ценой деления 0,1 мм, индикаторы часового типа с ценой де ления 0,01 мм, микроскоп Бринелля с ценой деления 0,1 мм и механические тензометры с базами 20 и 100 мм.
Для проверки работы всех приборов, а также для об жатия приспособлений и устройств испытательного стен да перед началом испытания нагрузка ферм составляла
Рис. 19. Схема при ложения нагрузок при испытании ри геля-фермы
40% нормативной. После того, как эта пробная нагруз ка показала нормальную работу всех приборов, ее сня ли и через 20 мин приступили к первому этапу загружения ферм.
Весь процесс загружения фермы при ее испытании был разбит на три этапа.
На 1-м этапе нагрузку на ферму доводили до норма тивной величины. Под этой нагрузкой ферму выдержи вали в течение 1 ч 40 мин, затем разгружали и в разгру женном состоянии оставили на 1 ч 20 мин.
На 2-м этапе нагрузку тоже доводили до норматив ной величины, но под этой нагрузкой ферму выдержива ли в течение 16 ч 35 мин.
На 3-м этапе нагрузку доводили до 311,17 тс, что со ставляет 1,49 расчетной. Под этой нагрузкой ферму вы держивали 1 ч 20 мин.
На всех этапах нагрузку вели ступенями. Прираще ние нагрузки иа каждой последующей ступени состав ляло 20% нормативной величины.
Ступени загрузки фермы на 3-м этапе, при котором она была доведена до 311,17 тс, следующие: 1-я сту-
62
пень — 36,15 |
тс; |
2-я ступень — 71,2 |
тс; |
3-я ступень — |
108,7 тс; 4-я |
ступень — 144,5 тс; 5-я |
ступень— 180,7 тс |
||
(нормативная); |
6-я ступень — 208,2 |
тс |
(расчетная); |
7-я ступень — 235 тс; 8-я ступень — 253 тс; 9-я ступень — 289,1 тс.
При нагрузке 311,17 тс в стойке фермы № 2 произо шел разрыв арматуры стыка. При этом образовались продольные и поперечные трещины с шириной раскры тия больше 2 мм. После этого разрыва нагрузку сняли. Осмотр места разрыва показал недоброкачественное выполнение стыка в месте соединения выпусков из ниж него пояса с арматурным каркасом стойки: стык был выполнен приваркой накладки только с одной стороны. Разрушенную стойку усилили хомутом, после чего за грузку ферм возобновили. Ступенями, составлявшими 20% нормативной величины, нагрузку доводили до 355,86 тс, при которой произошел разрыв арматуры в стойке фермы № 2. После разрыва этой стойки нагруз ку фермы продолжали до 372,47 тс, при которой про изошло разрушение сжатой зоны бетона в опорном рас косе фермы № 2. При нагрузке 372,47 тс в элементах фермы № 1 никаких разрушений не было. Эта нагрузка превышает нормативную (180,7 тс) в 2,06 раза и расчет ную (208,2 тс) в 1,78 раза.
Расчет напряжений по замеренным деформациям ар матуры элементов ферм при нагрузке, превышающей нормативную в 1,4 раза, показал, что фактически напря жения в арматуре были меньше расчетных.
Прогибы ферм имели следующие величины: в ферме № 1 при нормативной нагрузке — 7,67 мм, что составля ет 1/1350 пролета; при нагрузке, превышающей норма тивную в 1,6 раза, — 15,04 мм, или 1/690 пролета; в фер ме № 2 при нормативной нагрузке — 7,62 мм, или 1/1360
пролета, а при |
нагрузке, |
превышающей нормативную |
в 1,6 раза,—-24,89 мм, или 1/420 пролета. |
||
Прогибы под нормативной нагрузкой измерили пос |
||
ле выдержки |
ферм под |
этой нагрузкой в течение |
16 ч 35 мин. При такой выдержке под нормативной на грузкой влияние ползучести бетона не могло полностью проявиться, поэтому прогиб не достиг своего возможного предельного значения. Если допустить, что под влияни ем ползучести бетона прогиб с течением времени уве
личится в 1,5 раза, то и тогда он будет равен: -7,67'1’5- =
10 400
63
1 |
. |
. |
7 , 6 2 . 1 , 5 |
1 |
пролета |
- = ------ пролета в ферме № 1 |
|
и -------------= |
------- |
||
900 1 |
* г |
|
10 400 |
910 |
г |
в ферме № 2, что значительно меньше предельной нормативной величины.
Первые трещины при испытании обнаружили в эле ментах ферм при нормативной нагрузке. Величина их раскрытия при этой нагрузке не превышала 0,1 мм.
В связи с разрывом стыка в стойке фермы № 2 про извели отдельно испытание двух образцов стыка с одной и двумя накладками. В результате этого испытания установили, что две накладки обеспечивают достаточ ную прочность стыка. Стык с одной накладкой показал разрывное усилие на 43% меньше, чем стык с двумя на кладками. Этим и объясняется преждевременный разрыв стыка в стойке фермы № 2 при ее испытании.
Приведенные результаты испытания двух ферм по зволяют сделать вывод, что при доброкачественном из готовлении фермы обладают необходимой прочностью, жесткостью и трещиностойкостыо.
В Риге экспериментальная проверка двух образцов рамно-подкосной фермы, изготовленных заводом желе зобетонных конструкций, была произведена трестом Оргтехстрой Министерства строительства Латвийской ССР.
Целью испытания являлась проверка прочности, же сткости и трещиностойкости конструкции и сопоставле ние полученных данных с опытными результатами, полу ченными при испытаниях фермы аналогичной конструк ции. Обе фермы испытывали в одинаковых условиях по аналогичной методике.
Ферма имеет длину 10950 мм и высоту 2700 мм. Для уменьшения зрительного эффекта при прогибе конструк ции ферма была изготовлена со строительным подъемом 50 мм. Проектная марка бетона 400.
Рабочая напрягаемая арматура нижнего пояса была принята 4032 А-ІІІВ (сталь марки 35ГС, упрочненная вытяжкой до 5500 кгс/см2 при удлинении не более 3,5%). Величина контролируемого напряжения при натяжении •арматуры 4680 кгсісм2.
Решетка и верхний пояс фермы армированы сварны ми каркасами из арматурной стали класса А-ІІІ.
Испытание фермы производили в вертикальном по ложении. Нагрузка создавалась гидравлическими дом кратами ДГ-100 и передавалась на точки приложения сил посредством металлических балок-траверс.
64
Для измерения прогибов и вертикальных перемеще ний точек конструкции в процессе ее нагружения при меняли прогибомеры системы Максимова (ПМ-3) и ин
дикаторы часового типа.
Общий вид испытания фермы показан на рис. 20. На первом этапе испытания загрузили всю ферму верти кальными и горизонтальными нормативными нагрузка ми с последующей выдержкой в нагруженном состоянии
Рис. 20. Испытание опытных образцов ферм
в течение 8 ч. На втором этапе ферму разгрузили и за тем в течение 11 ч выдерживали в ненагруженном со стоянии.
На третьем этапе испытания всю ферму повторно за грузили нормативной нагрузкой и выдерживали под этой нагрузкой в течение 2 ч с последующим нагруже нием конструкции до разрушения.
Нагружение вели ступенями, не превышающими 20% нормативной нагрузки, с выдержкой на каждой ступени в течение 15 мин.
Первые трещины обнаружили в одной из двух сред них стоек фермы при нагрузке, составляющей 80% нор мативной величины. При нормативной нагрузке ширина раскрытия трещин в этой стойке достигла 0,15—0,20 мм. При дальнейшем увеличении нагрузки трещины появи лись в нижнем и верхнем поясах и второй средней стой ке фермы.
Признаки разрушения фермы были отмечены на 17-й ступени загружения. При этой нагрузке ширина раскры тия трещин в нижнем поясе возросла до 5 мм. Одновре
5—952 |
65 |
менно интенсивно развивались наклонные трещины
внижнем поясе в зоне примыкания средней стойки.
Втабл. 24 приведены основные результаты испыта ния опытных образцов безраскосных и рамно-подкосных ферм в Ленинграде, Воронеже, Запорожье и Риге. -Из
этой таблицы следует, что все испытанные фермы пока зали хорошую несущую способность. Пределы коэффи циентов запаса прочности 1,75—2. Жесткость всех ис пытанных ферм была высокой. Величины раскрытия тре щин при нормативной нагрузке оказались в пределах нормы в Воронеже, Запорожье и Риге. Раскрытие тре щин в ленинградских фермах превышает допустимую величину. Это можно объяснить только недостаточным
Т а б л и ц а 24
Результаты испытаний ригелей-ферм сборных железобетонных каркасов многоэтажных зданий
|
|
Величина |
Прогиб при |
Максимальная |
|
|
|
ширина |
|||
Место |
|
отношения |
нормативной |
||
№ фермы |
раскрытия |
||||
испытания |
разрушающей |
нагрузке |
трещин при |
||
|
|
нагрузки к нор |
(отношение |
нормативной |
|
|
|
мативной |
к пролету) |
||
|
|
нагрузке в мм |
|||
Ленинград |
1 |
1,74 |
1/770 |
0,35 |
|
|
2 |
2,07 |
1/860 |
0,7 |
|
Воронеж |
1 |
2,08 |
1/1900 |
0,09 |
|
2 |
2 |
1/1850 |
0,08 |
||
|
|||||
|
|
|
|
||
Запорожье |
1 |
Не доведена |
1/1360 |
0,1 |
|
2 |
до разрушения |
|
|
||
|
1,72 |
1/1350 |
0,1 |
||
Рига |
1 |
2 |
1/1980 |
0,2 |
|
2 |
1,72 |
1/1820 |
0,1 |
||
|
напряжением арматуры нижнего пояса при изготовле нии опытных образцов ферм.
2. ИСПЫТАНИЕ КРУПНОЙ МОДЕЛИ РАМЫ 1
Исследуемая модель представляла собой двухпролет ную трехъярусную железобетонную раму с ригелями —
1 Испытание проведено в лаборатории моделирования Ленин градского зонального научно-исследовательского института экспери ментального проектирования.
66
Рис. 21. Опытный образец рамы
безраскосными фермами в первом и втором ярусах и ба лочным ригелем в третьем ярусе. Ригели-фермы имели жесткий стык с колоннами, балочный ригель присоеди нялся к колоннам шарнирно (рис. 21).
Модель выполнили в разновеликом масштабе: по вы соте II длине в 'А. а по толщине в Ѵг натуральной ве личины.
Все элементы рамы (кроме верхнего ригеля) испыты вают действие изгибающих моментов и продольных сил. Так как площадь сечения уменьшена в 8 раз (масштаб высоты 4, масштаб толщины 2), то продольные силы уменьшаются в 8 раз, а момент уменьшается в 32 раза. Соблюдение этого условия подобия рамы подтвержда ется известными уравнениями расчета прочности желе зобетонных внецентреино-сжатых и внецентренно-растя- нутых элементов:
N < R „ b x - R ' ' CF'a - R a Fa; |
(Іа) |
5* |
67 |
|
R nbx [e - ' h0 + -T |
|
P. ~F.e — R„F„e- |
|
(16) |
||||||||
|
|
|
a.c |
а |
'a |
а |
|
|
|
||||
Рассмотрим масштабы всех величин, входящих в вы |
|||||||||||||
ражения |
(Іа) и (16): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
С_ = С„ C,.C..Ch = |
Сѵг, |
С . С ~ = С п |
С р 'С і,= |
|
||||||||
|
|
Ь |
X |
О |
|
R a.n |
b |
х |
R |
1>.C |
а "о |
|
|
|
|
|
|
= Сг |
|
Ср' Са,; |
|
|
|
|
|
(2а) |
|
|
|
|
|
а. с |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сд |
— CR |
Cp' — |
|
c b Cx , |
|
|
(26) |
||||
|
|
|
|
a.c |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
где Cx= C ha= C i |
■Ch. Так |
как х, |
|
Іц и а' - |
■элементы |
||||||||
высоты, то, |
разделив |
каждый |
член |
уравнения |
(2а) |
на |
|||||||
CR CbCh., |
а |
каждый |
член уравнения |
(26) |
на |
CR |
CF' , |
||||||
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а-с |
а |
получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С»
( з а )
Чс *с *
^a.c а = l;
CRnCbch
CF„ •= 1;
CRUсьCh
Ч .С
- = 1;
C\C b h
CRa CFS- = 1.
CR,,Cbch
где (36) и (Зг), а также (Зв) и (Зд) тождественны. Остаются
- N
CD ChC. = 1;
«И b h
CD |
Cf ’ |
|
Ra.c |
f a |
|
CR„ CbCh |
|
|
CR CF |
|
|
°a |
F a |
= 1. |
|
|
CRnCbCh
(зб)
(Зв)
(3r)
(ЗД)
(4a)
(46)
(4 B)
08