» » Методика экспериментальных исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

Методика экспериментальных исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

16.04.2016

При проведении описанных ниже исследований варьировались величина вертикальной нагрузки и ее эксцентриситет, условия загружения горизонтальной нагрузкой (однократное монотонное, многократное ступенчато возрастающее, многократное знакопеременное), прочность бетона, мощность контурного армирования, характер и интенсивность полевого армирования.
Анализ проектов монолитных зданий показывает, что длина участков сплошных стен (h) изменяется в диапазоне 3,2/6,4 м (редко больше) при высоте этажа жилых зданий 2,8 м. Исходя из этого, в качестве оригинала для исследований был принят одноэтажный фрагмент стены толщиной 24 см с h = 4,8 и H = 2,8 м.
Экспериментальное изучение крупногабаритных конструкций целесообразно проводить на моделях, выполняемых в соответствии с требованиями теории подобия. Во избежание серьезных искажений результатов испытаний за счет «масштабного эффекта», желательно для опытов применять крупномасштабные модели. Учитывая это, а также некоторые технические аспекты моделирования (в частности, арматурных стержней), множитель геометрического подобия (αп) был принят равным 0,5. Модели стеновых панелей выполнялись с соблюдением принципов простого подобия твердых деформируемых тел.
Для предотвращения при испытании изгиба образца из плоскости по его контуру было предусмотрено уширение, вертикальные элементы которого в известной мере имитировали стены перпендикулярного направления. Помимо рабочей части (поля панели) каждый образец имел опорную и нагрузочную зоны (рис. 3.34). Первая из них предназначалась для соединения образца с основанием испытательного стенда.
Методика экспериментальных исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

При конструировании нагрузочной зоны учитывалась необходимость приложения горизонтальной нагрузки посредине длины этой зоны. Для этого в ней предусматривалось сквозное отверстие диаметром 67 мм, усиленное стальной трубой. Как опорная, так и нагрузочная зоны образца имели достаточно мощное армирование для предохранения их от преждевременного разрушения.
Опытные модели стеновых панелей изготавливались из товарного тяжелого бетона состава 1:4,05:5,36 (В/Ц = 0,65) централизованного производства треста «Монолитстрой» Молдавия. Для приготовления бетона использовали цемент марки 500 Рыбницкого завода, удовлетворявший требованиям ГОСТ 10178—76, песок Карагашского и Суклейского карьеров MCCP с модулем крупности соответственно 1,25—1,53 и 2,4 и щебень Микауцкого карьера с максимальной крупностью 20 мм, удовлетворявшей требованиям ГОСТ 8267—22 и 10260—82. В качестве пластификатора для бетона применялась химическая добавка ШБ-1, которая вводилась в количестве 12,2 кг на 1 м3 бетона.
Методика экспериментальных исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

На рисунке 3.35 приведены экспериментальные зависимости между основными прочностными характеристиками использованного в опытах бетона, а на рисунке 3.36 — сведения о его модуле деформаций (Еb).
Для армирования экспериментальных фрагментов стен применялась арматура горячекатаная гладкая и периодического профиля соответственно классов A-I и A-III, а также обыкновенная проволока гладкая и периодического профиля соответственно классов B1 и Bp1. Контурная арматура двух панелей (Л-2, Г-2) была выполнена из стержней диаметром Ø14 стали класса At-IV.
Прочностные характеристики использованных арматурных сталей приведены в табл. 3.10, а Диаграммы их деформирования на рисунке 3.37. Обратим внимание, что проволока из стали классов B1, Bp-1, а также стержневая сталь класса At-IV не имели физического предела текучести.
Методика экспериментальных исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей
Методика экспериментальных исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

Контурное армирование выполнялось в виде плоских либо пространственных сварных каркасов, располагавшихся в полках панели. Концы каркасов заанкеривались в опорной и нагрузочной зонах панели. Помимо этого большая часть образцов имела полевое армирование, выполненное в виде сварных сеток с ортогональным расположением стержней, либо вертикальных или наклонных каркасов. Всего применялось 5 схем армирования панелей (рис. 3.38). Одна панель (Э-1) была изготовлена без армирования.
Образцы стен бетонировались в сборно-разборной металлической опалубке в вертикальном положении, сразу на всю высоту с виброуплотнением бетона. Основные характеристики опытных панелей приведены в табл. 3.11.
Методика экспериментальных исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей
Методика экспериментальных исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

Испытания опытных образцов стен проводились в специально изготовленном стенде (рис. 3.39), смонтированном на силовом полу. Конструкция стенда позволяла прикладывать к панели вертикальную нагрузку в виде 2—4 сосредоточенных сил и знакопеременную горизонтальную. Панель закреплялась па стенде с помощью системы болтов и четырех анкеров диаметром 30 мм, которые сваркой соединялись с вертикальными контурными стержнями панели.
Вертикальная нагрузка передавалась на панель двумя гидродомкрата ми мощностью по 1000 кН или четырьмя при знакопеременном нагружении горизонтальной нагрузкой. Гидродомкраты соединялись с основанием стенда с помощью двух траверс и шарнирных металлических тяг.
Для создания горизонтальной нагрузки металлическая нагрузочная балка соединялась с испытываемой панелью с помощью стального штыря 050 мм, который проходил через отверстие в ее нагрузочной зоне. Опорами для горизонтальных домкратов мощностью по 1000 кН служили две металлические пространственные рамы, заанкеренные в фундаменте стенда.
Методика экспериментальных исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

Расчеты монолитных зданий с учетом сейсмического воздействия показывают, что даже в пределах одного и того же здания отношения изгибающего момента и продольной силы к перерезывающей силе (M/Q, N/Q) для различных участков стен изменяются в весьма широких диапазонах. Это обстоятельство порождает очевидные трудности в проведении эксперимента. Для их преодоления целесообразно исходить из условия, что наиболее ответственными в здании в период сейсмического воздействия являются стены нижних этажей. Ho даже для них отношение M/Q по результатам расчетов 9—16-этажных монолитных зданий на сейсмическое воздействие силой 7—8 баллов изменяется в пределах 5/15 и более. Воспроизвести это условие в опытах технически сложно, поэтому для экспериментальных панелей отношение M/Q было принято равным 2, но при внецентренном приложении вертикальной нагрузки (N). Ее значения и эксцентриситет (е0) назначались исходя из условия, чтобы минимальные напряжения в опорном сечении панели от нагрузки не превышали сопротивления бетона растяжению, а максимальные — его сопротивления сжатию.
Испытание модели фрагмента стены начиналось с ее загружения пробной вертикальной нагрузкой 100—200 кН, при которой производилась окончательная установка вертикальных гидродомкратов, ориентируясь на показания деформометров, установленных на обеих сторонах панели. Аналогично осуществлялась центрировка горизонтальных домкратов. После этого при Q = 0 вертикальная нагрузка доводилась до заданной величины, сохранявшейся неизменной до конца испытаний, в ходе которых горизонтальная нагрузка наращивалась ступенями по 50 кН.
Методика экспериментальных исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

В этих опытах применялось несколько вариантов загружения панелей:
а — при постоянной вертикальной нагрузке (обычно при ео>0) горизонтальная нагрузка повышалась монотонно вплоть до разрушения конструкции;
б — испытание по варианту «а»; далее симметричное относительно центральной осп панели перемещение вертикальной нагрузки с последующим многократным приложением повторяющейся горизонтальной нагрузки другого знака с доведением панели до разрушения;
в — испытание знакопеременной горизонтальной нагрузкой при постоянной центрально приложенной вертикальной;
г — испытание знакопеременной возрастающей горизонтальной нагрузкой при соответствующем симметричном изменении точки приложения постоянной вертикальной нагрузки.
Для измерения деформаций и перемещений панелей использовались тензорезисторы ПКБ с базой 50 мм и 20 мм, индикаторы часового типа и механические прогибомеры.
Схемы расстановки приборов изменялись в зависимости от содержания задач, решавшихся в ходе исследований. Наибольшее внимание уделялось изучению напряженно-деформированного состояния сжатой зоны конструкции в опорном сечении и контурной арматуры. Нужно заметить, что при этом пришлось столкнуться с серьезными техническими трудностями, которые в значительной мере являлись следствием несовершенства измерительной аппаратуры.