» » Теоретический анализ влияния некоторых параметров панелей на их несущую способность и жесткость при перекосе

Теоретический анализ влияния некоторых параметров панелей на их несущую способность и жесткость при перекосе

18.04.2016

Данные различных исследователей, изучавших работу каркасно-каменных панелей при перекосе, включая экспериментальные результаты, полученные автором, позволяют утверждать, что сочетание каркаса и заполнения дает качественно новую конструкцию, несущая способность которой превышает сумму значений несущей способности раздельно работающих каркаса и каменной кладки.
Для выяснения хотя бы в общих чертах влияния обрамления на напряженное состояние заполнения при перекосе описанным в предыдущем разделе методом был рассчитан фрагмент кладки без обрамления размером 288х34х20 см с Eгл = 0,02*10в6 кг/см2 при N=10 т. Сопоставление полученных для такой конструкции эпюр напряжений τху и σу (рис. IV—35) с соответствующими эпюрами для каркасно-каменной панели (рис. IV—5) позволило вскрыть основную причину отмеченного выше эффекта совместной работы каркаса и заполнения. Эта причина заключается в том, что наличие обрамления приводит к резкому уменьшению концентрации напряжений τху и величины растягивающих напряжений σу в кладке. Так, в рассматриваемом примере τxy(max) в каркасно-каменной панели оказались в 4,5 раза меньше, чем в каменной панели.
Другим обстоятельством, положительно влияющим на сопротивление каркасно-каменных панелей II типа перекосу, является формирование в заполнении начального напряженного состояния. В обычных каменных панелях, как и в заполнении каркасно-каменных стен I типа, это явление не наблюдается.
Теоретический анализ влияния некоторых параметров панелей на их несущую способность и жесткость при перекосе

Несущая способность и жесткость каркасно-каменной панели при перекосе зависит от геометрических размеров ее элементов (обрамления и заполнения), их прочностных и деформативных характеристик и интенсивности вертикального обжатия.
Испытания панелей на перекос, описанные в предыдущей главе, позволили выявить влияние некоторых параметров панелей на их несущую способность. Однако, несмотря на довольно большой объем этих опытов, полученная экспериментальная информация все же не характеризуется необходимой полнотой. Например, экспериментально влияние на несущую способность панелей таких характеристик, как Eб, Екл, μкл, было установлено лишь в общих чертах без количественной оценки.
Помимо этого, при изучении некоторых зависимостей испытаниям подвергалось небольшое количество панелей, в силу чего на характере этих зависимостей мог сказаться естественный рассев экспериментальных результатов. Поэтому будет полезным экспериментальную информацию о несущей способности панелей при перекосе как о многопараметрической функции дополнить недостающими сведениями, полученными при расчете большой группы таких панелей с помощью МКЭ.
Представляя данные табл. IV—2 в графическом виде, можно сделать ряд выводов. Так, графики на рис. IV—36 свидетельствуют о том, что с увеличением геометрической характеристики панелей β напряжения τxy(max)B заполнении уменьшаются, а соответствующие им напряжения σу(с) возрастают. Оба эти обстоятельства благоприятно сказываются на несущей способности панелей при перекосе, что подтверждается и экспериментальными данными (рис. 1—33, III—18).
Теоретический анализ влияния некоторых параметров панелей на их несущую способность и жесткость при перекосе

Судя по графикам, представленным на рис. IV—37, рост модуля деформаций бетона обрамления во всех случаях сопровождается падением как касательных, так и нормальных напряжений в заполнении панелей в зоне наиболее вероятного появления первых трещин. Особенно это заметно в диапазоне изменения Eб от 0,15*10в6 до 0,4*10в6 кг/см2, охватывающем практически все марки тяжелого бетона, применяемого в строительстве. Зависимости τху(mах) и σу(С) от Екл имеют обратный характер (рис. (IV—38).
Поскольку одновременное уменьшение либо увеличение касательных и нормальных сжимающих напряжений в заполнении по-разному отражается на несущей способности панелей при перекосе, построим графики зависимости τху (mах) — 0,7σу (с) от Eб (рис. IV—39, а) и Екл (рис, IV—39, б). Рассмотрение этих графиков приводит к выводам, которые следует учитывать при проектировании каркасно-каменных зданий.
Согласно данным рис. IV—39, а, увеличение модуля деформации бетона обрамления сопровождается ослаблением напряженного состояния заполнения панелей. Так, например, для панелей с P = 2,15 и Eкл = 0,2*10в5 кг/см2 замена бетона марки 150 на бетон марки 400 приводит к увеличению значения Nт1 примерно на 1 т. В этой связи напомним результаты испытаний на перекос панелей с усиленными узлами железобетонного обрамления. Эти опыты показали, что усиление узлов каркаса косыми стержнями дает некоторое увеличение Nт1. Однако, поскольку экспериментально установленная разница значений Nт1 для панелей с усиленными и неусиленными узлами обрамления оказалась в пределах рассева опытных значений Nт1 для панелей- «близнецов», нельзя было утверждать закономерность этого различия. Теперь же, убедившись на результатах расчета панелей по МКЭ в том, что увеличение жесткости обрамления приводит к росту Nт1, можно отбросить сомнения в закономерном характере этих экспериментальных дачных.
Теоретический анализ влияния некоторых параметров панелей на их несущую способность и жесткость при перекосе

Изучая влияние деформативных характеристик заполнения и обрамления на сопротивление панелей перекосу, нельзя забывать о том, что в конечном счете нас интересует оценка работы здания в динамическом режиме. Поэтому нельзя упускать из виду тот факт, что повышение жесткости любой конструктивной составляющей каркасно-каменной стены (каркаса либо заполнения) сопровождается ростом общей жесткости стены, что в свою очередь приводит к увеличению инерционной нагрузки. Причем в этом отношении, если судить по графикам, представленным на рис. IV—40, более нежелательным является увеличение жесткости заполнения. К этому же выводу приводит рассмотрение данных рис. IV—39,б.
Таким образом, можно заключить, что в каркасно-каменных зданиях не следует стремиться к применению для заполнения камня и раствора высоких марок.
О влиянии на несущую способность панелей при перекосе размеров элементов обрамления можно судить по результатам расчета панелей №№ 1-4 и 7 (табл. IV—2). Все эти панели имели заполнение размером 268x114 см и постоянные значения модуля деформаций бетона и кладки.
Если принять за своеобразный эталон панель № 7 с обрамлением постоянного сечения (20x20 см), то, судя по результатам расчета панелей №№ 1, 3, двукратное уменьшение площади поперечного сеченная ригелей (Fp) привело к повышению значения τху (max) — 0,7 σу(с) на 23 %, а двукратное увеличение Fp вызвало снижение этой характеристики на 19 %. Аналогичные операции со стойками обрамления сопровождались менее ощутимым изменением τxy(max) - 0,7σу(с).
Таким образом, оценка влияния значений Екл, Eб и размеров элементов обрамления на несущую способность панелей при перекосе показывает, что с изменением отношения жесткости заполнения к жесткости рамы происходит перераспределение усилий в этих элементах конструкции. С увеличением этого отношения доля нагрузки, передаваемая заполнению, возрастает и наоборот.
Теоретический анализ влияния некоторых параметров панелей на их несущую способность и жесткость при перекосе