» » Испытания панелей многократно приложенной нагрузкой

Испытания панелей многократно приложенной нагрузкой

16.04.2016

Испытаниям многократно повторяющейся горизонтальной нагрузкой было подвергнуто три группы панелей. В первую из ниx входили образцы М-2, MC-1 и КС-2. Все они испытывались знакопеременной горизонтальной нагрузкой, повышавшейся ступенями, и постоянной вертикальной (N=840 кН), приложенной в центре верха панели.
Вторую группу представляла одна панель КС-6, которая также испытывалась ступенчато возрастающей знакопеременной горизонтальной нагрузкой при постоянной вертикальной (N=500 кН), но приложенной с эксцентриситетом (ео = 80 см). Каждый раз перед изменением знака горизонтальной нагрузки соответственно изменялось место приложения вертикальной силы.
В третью группу входили десять образцов, предварительно доведенные до разрушения однократной горизонтальной нагрузкой, после чего они повторно подвергались испытаниям ступенчато возрастающей нагрузкой другого знака.
При испытании образцов всех трех групп горизонтальная нагрузка на каждой ступени повторялась до наступления стабилизации деформаций конструкции, на что указывало равенство нулю остаточных деформаций последнего цикла загружения на данной ступени нагрузки. После этого нагрузка Q повышалась на очередную ступень, и циклические испытания продолжались. В случае, если стабилизация деформаций конструкции при каком-либо значении Q не наступала, этот уровень нагрузки повторялся многократно до наступления полного разрушения панели и характеризовал ее несущую способность.
Результаты этих испытаний представлены в табл. 3.15 и на рисунках 3.57—3.62. Коротко прокомментируем их.
Испытания панелей многократно приложенной нагрузкой

При многократном загружении знакопеременной горизонтальной нагрузкой конструкция проходит те же стадии напряженно-деформированного состояния, что и при монотонном загружении, но с некоторыми особенностями, возникающими после достижения в контурной арматуре напряжений, равных пределу текучести. До этого момента, знаменующего наступление стадии III, несмотря на значительное количество трещин в поле панели имеет место стабилизация ее деформаций даже при довольно высоких уровнях циклической нагрузки (рис. 3.57). Этот факт положительно характеризует конструкцию с позиций сейсмостойкости.
В стадии III в растянутой арматуре S напряжения достигают предела текучести, что способствует увеличению раскрытия трещин.
Испытания панелей многократно приложенной нагрузкой

С перемещением точки приложения внецентренной вертикальной нагрузки и с изменением знака горизонтальной нагрузки наклонные трещины одного направления стремятся закрыться, а другого — наоборот раскрыться. Это обстоятельство при отмеченной динамике силовой ситуации может обусловить асимметрию гистерезисных петель (рис. 3.58).
Стремлению трещин закрыться под влиянием сжимающих напряжений препятствует контурная арматура. При этом часто наблюдается ее выпучивание и отслоение защитного слоя бетона. Обычно выпучивание контурных стержней в стадии их работы на сжатие происходило вблизи опорного сечения панели, однако были случаи, когда это нежелательное явление наблюдалось и в ее верхней зоне.
Испытания панелей многократно приложенной нагрузкой

В описываемых опытах выпучивание контурной арматуры в приопорной зоне панели с сопутствующим разрушением бетона имело место преимущественно под влиянием сжимающих напряжений, являющихся следствием изгибных деформаций. Однако одновременно с этим происходила незримая работа в полости наклонных трещин по истиранию выступов на их поверхностях. Ее следствием было наращивание от цикла к циклу сдвиговых деформаций конструкции и уменьшение равнодействующей сил зацепления. За счет этого по мере циклического загружения стеновой панели снижалось ее суммарное сопротивление сдвигу, причем тем ощутимее, чем сильнее было раскрытие наклонных трещин (в первую очередь критической). В итоге разрушение панелей могло наступить при превалирующем проявлении сдвиговых деформаций.
При многократном повторении горизонтальной нагрузки одного знака но существу происходили те же явления, что и при циклическом знакопеременном нагружении (рис. 3.59). Если уровень нагружения не превышал того, при котором в контурной арматуре напряжения достигали σт, то, как правило, имела место стабилизация деформаций (рис. 3.60). При более высоком уровне повторяющегося нагружения довольно быстро наступало разрушение.
Испытания панелей многократно приложенной нагрузкой

Испытания панелей I и II групп многократно повторяющейся знакопеременной ступенчато возрастающей горизонтальной нагрузкой показали, что значения Qu1(э) и Qu2(э), характеризующие их несущую способность при горизонтальной нагрузке разных знаков, практически одинаковы (см. табл. 3.15). Такой результат объясняется тем, что отрицательное влияние на несущую способность панелей многократного приложения высоких значений нагрузки Q в данных опытах накапливалось равноценно при загружении в обоих направлениях. Поэтому при таких испытаниях упомянутое негативное влияние повторных загружений панелей на их несущую способность осталось завуалированным. Проявилось оно при испытании панелей III группы. Сопоставление значений Qu1(э), характеризующих несущую способность панелей при монотонном загружении в одном направлении, с соответствующими значениями Qu2(э), полученными при циклических испытаниях тех же панелей горизонтальной нагрузкой одного знака, но в другом направлении, показывает, что многократное загружение приводит к снижению несущей способности стен на 5—20% (см. табл. 3.15).
Результат этот согласуется с данными других исследователей, рассмотренными ранее, и приводит к выводу, что расчетное значение статической несущей способности стен сейсмостойких зданий следует умножать на понижающий коэффициент, учитывающий многократность их загружении при сейсмическом воздействии.
Испытания панелей многократно приложенной нагрузкой

Среди результатов циклических испытаний определенный интерес представляет сопоставление картин трещинообразования в панелях с различными схемами армирования. В этом сопоставлении роль своеобразного эталона играют панели без полевого армирования. При знакопеременном нагружении в них появилась сеть пересекающихся относительно редких косых трещин, многие из которых в стадии разрушения имели довольно большую ширину раскрытия (рис. 3.61,а).
Несущественно от эталонной отличалась картина трещинообразования панелей со слабым сетчатым полевым армированием. Зато с уменьшением размеров ячеек сеток характер трещинообразования изменялся весьма существенно. Все поле таких панелей покрывалось густой сетью трещин относительно небольшой ширины, а в стадии разрушения наблюдались случаи выпучивания стержней сеток, сопровождавшиеся выкрошиванием растрескавшегося бетона. Такой вид разрушения стен при сейсмическом воздействии явно нежелателен.
Испытания панелей многократно приложенной нагрузкой
Испытания панелей многократно приложенной нагрузкой

Весьма специфичным было трещинообразование в панели KH-1 (рис. 3.62), имевшей полевое армирование в виде наклонных каркасов, но из стали класса A-III. При испытании этой панели благодаря пластическим свойствам стали разрывы наклонных стержней не наблюдались. Рассматривая рисунок 3.62, нетрудно заметить, что в данном случае полевые каркасы сыграли роль своеобразной преграды на пути критических наклонных трещин. Их развитие оказалось возможным лишь с углов панели до сечений, армированных наклонными каркасами. На рисунке 3.62 можно также заметить и другие специфические особенности трещинообразования в панели KH-1, заслуживающие внимания и анализа.
Описанные ранее теоретические и экспериментальные исследования в сочетании с результатами работ этого же направления, выполненными другими авторами и кратко изложенными ранее, дают хотя и неполную, но все же довольно емкую и разностороннюю информацию о поведении бетонных и железобетонных стен при одновременном действии вертикальной и горизонтальной нагрузок.
Испытания панелей многократно приложенной нагрузкой

Достоверно установлены характер разрушения таких стен в условиях загружения монотонно возрастающей и многократно повторяющейся знакопеременной горизонтальной нагрузкой, особенности их деформирования в разных силовых ситуациях, вскрыты законы распределения нормальных и касательных напряжений в расчетных сечениях, выявлены зависимости между несущей способностью стен и их основными параметрами и др.
Все эти сведения составляют необходимую основу для совершенствования методов расчета прочности, трещиностойкости и деформаций монолитных стен, а также принципов их конструирования.