книги из ГПНТБ / Глуховский А.Д. Каркасы многоэтажных промышленных зданий с крупной сеткой колонн

Масштаб толщины модели Съ—2, высоты С н = 4, про­ дольных сил CJV= 8. Так как при испытании модели ра­

Таким образом, условия подобия в этой системе удовлет­ воряются. Исходя из принятых масштабов, можно сде­ лать вывод, что продольные силы в модели должны быть в 8 раз, а изгибающие моменты в 32 раза меньше, чем в натуре. В результате расчета модели условия подобия рамы подтвердились.

Поскольку предварительно-напряженное состояние сечения отличается от обычного напряженного состояния только тем, что появляется сила от предварительного напряжения, индикаторы подобия ничем не отличаются. Следовательно, масштаб силы натяжения равен масшта­ бу сосредоточенных внешних сил, а масштаб предвари­ тельного натяжения на единицу площади сечения арма­ туры — масштабу напряжений.

Раму изготовили и смонтировали по рабочим черте­ жам, разработанным с учетом особенностей статиче­ ского расчета рам с ригелями-фермами (см. главу I). Она состояла из колонн, ферм и балок, перекрывающих верхний ярус (см. рис. 21). Железобетонную балку, сво­ бодно опертую на верхние колонны, заменили стальной. Такая замена при свободном опирании на работу осталь­ ных элементов рамы не повлияла.

Сборные элементы рамы изготовляли в деревянной опалубке, выполненной с допусками ± 2 мм. Арматурные каркасы для элементов рамы изготовили с применением

69

показала, что удлинение стержней (/— 3500 мм) во всех четырех фермах было равно 9— 14 мм, что составило 0,25—0,36%.

Опалубка с уложенной арматурой ригеля-фермы по­ казана на рис. 22.

Для бетонной смеси взяли цемент марки 500 и мел­ козернистый наполнитель, который просеивался через сито с отверстиями 0,6 мм. Укладку и уплотнение бетон­ ной смеси осуществляли на вибростенде с пригрузом 0,03 кгс/м2.

ХЗО см). Кубики испытывали по 3 шт. перед передачей предварительного напряжения арматуры на бетон, перед началом испытания рамы и сразу же после разрушения конструкции.

70

Рис. 23. Схема испытательного стенда

После укладки и уплотнения бетонной смеси элемен­ ты рамы выдерживали при температуре 20° С в течение 7 суток. К этому моменту кубиковая прочность бетона достигала 340—400 кгс/см2, после чего опалубку снима­ ли и напряжение арматуры переводили со стенда на упорные шайбы, расположенные в теле бетона ферм. Ко­ лонны изготовляли в деревянной опалубке из материа­ лов тех лее марок. Готовые сборные элементы рамы при прочности, превышающей 70% проектной, смонтировали, выверили и сварили в каркас. Узлы каркаса выполнили в соответствии с проектом.

На металле и бетоне рамы установили 800 датчиков сопротивления. Тензометры не использовали, так как не­ обходимое для их размещения оголение арматуры мог­ ло сказаться на прочности модели. Углы поворота узлов и прогибы конструкции на различных этапах ее загружения замеряли фотограмметрическим методом по «мая­ кам», предварительно установленным на всех узлах и пролетах рамы. Точность измерения составляла 0,3— 0,4 мм. Кроме того, в середине пролетов панелей ферм первого яруса установили контрольные прогибомеры, измеряющие прогибы с точностью до 0,05 мм.

Испытание рамы проводили на специальном испыта­ тельном стенде (рис. 23). Вертикальные усилия на верх­ ние и нижние пояса ферм передавались через упоры, приваренные к стойкам испытательного стенда. Внешняя нагрузка создавалась гидравлическими домкратами.

71

Раму испытали на действие односторонней нагрузки (загружали один пролет) и на действие симметричной нагрузки (загружали оба пролета).

Испытание на действие односторонней нагрузки про­ водили в два этапа. На первом этапе загружали левую ферму первого яруса и определяли влияние этой нагруз­ ки на усилия в левой ферме второго яруса. На втором этапе загружали обе левые фермы первого и второго яру­ сов и определяли влияние этой нагрузки на усилия в эле­ ментах правого (незагруженного) пролета.

Нагрузку на раму увеличивали одинаковыми ступе­ нями. Величина каждой ступени составляла ОД норма­ тивной нагрузки. Нагрузку довели только до 0,5 норма­ тивной, что было обусловлено необходимостью сохра­ нить работу рамы в упругой стадии. Эту нагрузку выдерживали в течение 2 ч, а затем постепенно сбрасы­ вали. Перед сбрасыванием нагрузки фиксировали пока­ зания всех электродатчиков.

На первом этапе (при загружении левой фермы пер­ вого яруса) установили, что ферма работает в упругой стадии и в ферме второго яруса не возникло никаких на­ пряжений. Это значит, что предложенный метод упро­ щенного расчета рамы путем ее расчленения (см. гла­ ву I) дает удовлетворительные результаты.

На втором этапе (при загружении левых ферм обоих ярусов) рама работала в упругой стадии. При этом в крайней колонне незагруженного пролета деформаций зафиксировано не было. В элементах ферм незагружен­ ного пролета зафиксировали усилия только в стыке поя­ сов фермы со средней колонной, что соответствует ре­ зультатам расчета.

Испытание рамы на действие симметричной верти­ кальной нагрузки провели до разрушения, что позволи­ ло выявить действительную прочность, жесткость и тре­ щиностойкость системы, а также получить данные об усилиях и деформациях при работе рамы в упругопла­ стической стадии.

Ступени нагрузок приводятся в табл. 25.

Раму загружали ступенями до нормативной нагруз­ ки (3,5 тс) и под этой нагрузкой ее выдерживали 12 ч, после чего раму разгружали. Затем ее повторно загру­ жали через две ступени до нормативной нагрузки, далее через одну ступень до расчетной (4,03 тс), полуторарас-

72

Т а б л и ц а 25

Нагрузки на домкраты

на нормативная нагрузка, в третьей строке — расчетная нагрузка.

четной и разрушающей нагрузок с двумя часовыми ин­ тервалами.

При нагрузке, превышающей расчетную в 2,4 раза, произошло разрушение бетона сразу в двух местах в уз­

произошло из-за выкрашивания бетона и последующего изгиба рабочей арматуры с одновременным разрывом хо­ мутов.

Максимальный прогиб под действием нормативной нагрузки в середине пролета по четырем ригелям-фер­ мам был равен 2—3 мм, что составляет 1/1560— 1/1000 пролета. Под действием расчетной нагрузки общий про­ гиб каждой из четырех ферм в середине пролета не пре­ вышал 5—6 мм, что составляет 1/500— 1/600 длины про­ лета (рис. 25). Деформации пролетных стоек ферм в го­

с картиной деформаций элементов модели рамы. Местные прогибы поясов между пролетными стойка­

ми ферм очень малы и почти не сказываются на общей

73

линии прогибов фермы в делом. Колонны практически не получили вертикальных перемещений.

При расчетной нагрузке прогибы, полученные в ре­ зультате эксперимента, были сопоставлены с прогиба­ ми, полученными при расчете в узлах 10, 11, 26 и 27 (табл. 26). Из таблицы видно, что прогибы, полученные

Рис. 24. Место разрушения рамы

в результате расчета (без учета трещин), и прогибы, по­ лученные при эксперименте, близки по своему значению.

При нагрузке, в 1,5 раза превышающей расчетную, общие прогибы ферм возросли до 8— 12 мм. При этом местные прогибы между стойками ферм достигли 2 мм. Стойки ферм в горизонтальной плоскости рамы имели

Т а б л и ц а 26

Прогибы при расчетной нагрузке

74

прогибы 1—2 мм. Колонны по всем этажам рамы осели на 3—5 мм. Общий ход развития деформаций во всех элементах рамы не изменился.

При нагрузке, в 2,4 раза превышающей расчетную, общий прогиб ферм составил 20 мм, а местные прогибы поясов ферм между стойками составили 2—3 мм.

Стойки ферм получили горизонтальный прогиб до

4 мм. Горизонтальные смещения колонн составили 5 и 3,8 мм. Средняя колонна осела на 7—8 мм.

Таким образом, эксперимент показал, что по жестко­ сти фермы вполне удовлетворяют нормативным требо­ ваниям.

Первые волосяные трещины появились в вутах узлов 9, 10, 11 и 12 при расчетной нагрузке (рис. 26). Они рас­ полагались перпендикулярно срезу вутов, и ширина их раскрытия не превышала 0,05 мм. Глубина распростра­ нения 2—3 см. На верхнем поясе фермы, даже в растя­

75

нутых зонах, трещин не было. При нагрузке, превышаю­ щей расчетную в 1,5 раза, ранее возникшие трещины раскрылись до 0,2—0,3 мм, их глубина распространи­ лась на всю высоту вута (7—8 см), а рядом с ними по­ явились новые, ширинараскрытия которых доходила до 0,05 мм.

Появились первые трещины и в растянутой зоне вутов узлов 2 и 3. Толщина этих трещин также не превы­ шала 0,05 мм.

Было зафиксировано несколько волосных трещин на наружной стороне крайней колонны в районе узла 1. Ширина раскрытия трещин не превышала 0,05 мм\ глу­ бина— до середины сечения стойки (6—8 см)\ направ­ ление— 45° к вертикали. Когда ширина раскрытия тре­ щин на вутах узлов 9 и 12 достигла при двойной рас­ четной нагрузке 0,2—0,7 мм, бетон вутов практически

76

перестал работать на растяжение. Косые трещины шири­ ной 0,05—0,2 мм распространились почти на 7з высоты пролетных стоек фермы снизу и сверху от узлов 2, 3, 10 к 11. Добавились трещины в растянутой зоне крайней колонны вблизи узлов 1 и 9.

При разрушающей нагрузке (2,4 расчетной) все рас­ тянутые зоны узлов 1, 2, 3, 4, 9, 10, И и 12 покрылись сетью трещин шириной от 0,05 до 0,8 мм. В сжатой зо­ не вута узла 10 начал выкрашиваться бетон и появилась большая (шириной 2—3 см) сквозная трещина.

Надо отметить, что в левой верхней ферме трещины раскрылись раньше, чем в других фермах, и распростра­ нение их было более интенсивное, так как защитный слой в этой ферме оказался больше проектного.

По трещиностойкости все ригели-фермы также удо­ влетворяют нормативным требованиям.

Проведенное испытание дало возможность изучить работу рамы за пределами упругости. Первые трещины возникли при расчетной нагрузке в узлах примыкания нижних поясов ферм к колоннам (узлы 9 и 12). Про­ изошло перераспределение усилий: часть момента из уз­

моментом в стойке фермы. При этом величина момента возрастала как в панели, так и в стойке, поэтому появи­ лись небольшие трещины в стойке, примыкающей к ниж­ нему поясу. При дальнейшем увеличении нагрузки про­ должается процесс перераспределения усилий: увеличи­ ваются моменты на стойках в узлах 10 и И, трещины в них раскрываются, жесткость узла падает и усилие пе­ реходит на второй конец стойки (узлы 2, 3 — примыкание к верхнему поясу). Момент в стойках узлов 2 и 3 рас­ тет, II в этих узлах тоже раскрываются трещины. Мо­ мент в стойках уравновешивается моментами в панелях верхнего пояса (сечения 3—4 и 1—2 на рис. 26). При раскрытии трещин в этих сечениях увеличивается момент в сечениях 1 и 4, величина момента возрастает и в ко­ лонне. Дальнейшее увеличение нагрузки вызывает зна­ чительное возрастание момента в середине средней па­ нели рамы и раскрытие трещин.

Увеличение нагрузки свыше двойной расчетной вле­ чет за собой рост количества трещин, ширины их рас­ крытия и глубины проникания, резко возрастает дефор­ мация системы.

77

Из схемы деформаций (см. рис. 25) видно, что под влиянием растягивающих усилии (в нижних поясах ферм) и сжимающих (в верхних поясах ферм) наблюда­ ется смещение узлов примыкания нижних поясов к ко­ лоннам.

В процессе загружения ферм испытательной нагруз­ кой измеряли абсолютную величину деформаций бетона и арматуры в различных сечениях элементов. По абсо­ лютным деформациям подсчитаны напряжения и в этих сечениях. Измеренные напряжения, возникшие в симметричных точках модели рамы относительно цен­ тральной оси, одинаковы по знаку и близки по значению. Наибольшие величины напряжений имели место в уз­ лах примыкания верхних и нижних поясов ферм к ко­ лоннам (узлы 4, 5, 12, 13, 20, 21, 28, 29) и узлах примы­ кания стоек фермы к верхним и нижним поясам (узлы

3,6,11, 14, 19, 22, 27, 30).

Следует подчеркнуть, что знаки фактических усилий полностью совпадают с расчетными. Величины растяги­ вающих напряжений нижних поясов ферм первого яру­ са несколько больше, чем второго, что также соответст­

Характер напряженного состояния при расчетной нагрузке по сравнению с нормативной нагрузкой не из­ менился, но величины напряжений увеличились. Напри­ мер, растягивающие напряжения в местах примыкания нижних поясов ферм к центральной опорной стойке (уз­ лы 28 и 29) возросли до 1680 кгс/см2, и в вутах этих у з ­ лов появились первые волосные трещины, ширина рас­ крытия которых не превышала 0,05 мм.

При расчетной нагрузке напряжения в арматуре бы­ ли меньше расчетных, так как прочность бетона на рас­ тяжение в раме больше расчетной. В связи с этим при определении усилий ввели коэффициент 1,4. С учетом коэффициента перехода (k =1,4) от натуры к модели на рис. 27, а даны усилия в ферме первого яруса рамы при расчетной нагрузке, на рис. 27, б — усилия в ферме пер­ вого яруса рамы в результате расчета.

В табл. 27 сравниваются изгибающие моменты, полу­ ченные при статическом расчете и экспериментальной проверке рамы. Из этой таблицы видно, что усилия, по-

78