» » Прочность и деформации каркасно-каменных панелей при действии горизонтальной нагрузки

Прочность и деформации каркасно-каменных панелей при действии горизонтальной нагрузки

18.04.2016

Испытаниям на перекос при действии только горизонтальной нагрузки подвергались панели серии CX (рис. V—1). Для этих панелей характерны два обстоятельства. Bo-первых, сравнительно небольшой возраст в момент испытаний, а во-вторых, — довольно невысокие значения прочности сцепления в кладке (Rсц =0,18—1,00 кг/см2).
В зависимости от характера разрушения все испытанные панели можно разделить на две группы. К первой следует отнести панели СХ-2, СХ-3, СХ-4 и СХ-5, а ко второй — CX-1, СХ-6 и СХ-7.
Панели I группы. Прежде чем приступить к описанию поведения под нагрузкой панелей этой группы, заметим, что образцы СХ-2 и СХ-3 не отличались в конструктивном отношении, а схемы их загружения были разными. Образец СХ-2 был испытан при приложении горизонтальной нагрузки к узлу рамы у дверного проема, а при испытании панели СХ-3 нагрузка прикладывалась к узлу, примыкающему к заполнению. Этим преследовалась цель выяснить, влияние на прочность и жесткость панелей ориентации проема, расположенного у одной из стоек рамы, относительно направления действующей нагрузки.
Прочность и деформации каркасно-каменных панелей при действии горизонтальной нагрузки

По мере увеличения горизонтальной нагрузки панели рассматриваемой группы, как и панели со сплошным заполнением, претерпевали три стадии напряженно-деформированного состояния.
Вначале каждая из панелей работала как монолитное тело (стадия I). В связи с тем, что заполнение испытанных панелей характеризовалось сравнительно невысокой прочностью сцепления, работа их в стадии I была непродолжительной. По этой же причине деформации элементов рамы и заполнения были малы и носили упругий характер. Об этом свидетельствуют, например, графики деформаций заполнения этих панелей, представленные на рис. V—2.
Появление первой трещины (стадия I,а) в кладке всех четырех панелей было зафиксировано в самом верхнем растворном шве на участке, ближайшем к месту приложения нагрузки (рис. V—3). Поскольку напряжения σу на этом участке были сжимающими, то можно заключить, что причиной возникновения первой трещины в заполнении являлись касательные напряжения.
Прочность и деформации каркасно-каменных панелей при действии горизонтальной нагрузки

Дальнейшее увеличение горизонтальной нагрузки приводило к переходу конструкции во II стадию напряженно-деформированного состояния, характеризовавшуюся интенсивным трещинообразованием в заполнении. В большинстве случаев трещины проходили по горизонтальным и вертикальным растворным швам в направлении сжатой диагонали заполнения. Исключение составила панель СХ-5, в заполнении которой была зафиксирована единственная трещина в верхнем горизонтальном растворном шве на всем его протяжении (рис. V—3).
Примечательно, что появление I трещины в заполнении, как правило, не приводило к резкому падению жесткости панели. В некоторых случаях, несмотря на первые признаки повреждения заполнения, панель продолжала реагировать на возрастающую нагрузку, как упругое тело (рис. V—2).
Заметное падение жесткости конструкции наблюдалось при достижении ею III стадии напряженно-деформированного состояния (стадии разрушения). В этот момент появлялись первые трещины в железобетонном обрамлении панели, причем обязательно в узлах, примыкающих к проему в заполнении (рис. V—3). Дальнейшая попытка увеличить нагрузку либо вообще не давала желаемого результата, либо достигаемый незначительный рост нагрузки было трудно стабилизировать в связи с неуклонным падением жесткости конструкции.
Прочность и деформации каркасно-каменных панелей при действии горизонтальной нагрузки

Заметим, что ни в одном из случаев испытаний не было отмечено хрупкого разрушения панели. После появления первой трещины в заполнении нагрузку на панель удавалось увеличить в два раза и более (табл. V—1). Максимум сопротивления панелей горизонтальной нагрузке фиксировался при достижении в продольной арматуре рам напряжений, равных σт, и образовании пластических шарниров в узлах рам.
Проемы в заполнении панелей, несомненно, отрицательно отразились на их сопротивлении горизонтальной нагрузке. Однако снижение несущей способности испытанных панелей в результате устройства проемов не было столь значительным, как это указывают некоторые авторы. Общий, сравнительно невысокий уровень значений Nт и Np в этих опытах объясняется довольно низкой прочностью сцепления в кладке панелей.
Прочность и деформации каркасно-каменных панелей при действии горизонтальной нагрузки

Панели II группы. В эту группу входили два образца с дверным проемом в заполнении (СХ-1, СХ-6) и один (СХ-7) с оконным проемом. Общим для этих панелей являлось расположение простенков равной ширины у стоек обрамления.
Работу этих панелей под нагрузкой, как и всех рассмотренных выше, можно разделить на три основные стадии.
В I стадии в конструкции отсутствовали какие-либо признаки нарушения ее монолитности. Деформации элементов носили преимущественно упругий характер (рис. V—4).
Схематично панель с проемом в центральной части можно рассматривать как два жестких диска, соединенных существенно менее жесткими отрезками ригелей (рис. V—5). Каждый такой диск состоит из массива кладки и примыкающей к нему стойки.
При действии горизонтальной нагрузки оба диска претерпевают перекос и поворот в своей плоскости.
Придерживаясь обозначений, принятых на рис. V-5, заметим, что в верху правой части диска А и в низу левой части диска В возникают растягивающие напряжения σу. Именно в этих зонах узких простенков появляются первые трещины (стадия I, а). Поскольку прочность контакта между диском А и верхним монолитным ригелем обычно превышает прочность сцепления в кладке, первая трещина в этой части конструкции появляется в верхнем растворном шве.
Прочность и деформации каркасно-каменных панелей при действии горизонтальной нагрузки

Связь диска В с нижним ригелем осуществляется с помощью растворного шва. Прочность такого контакта не намного превышает прочность сцепления в кладке, между тем именно в опорном сечении растягивающие напряжения достигают максимума. В силу этого первая трещина в этой части конструкции появляется в растворном шве, соединяющем кладку простенка с нижним ригелем рамы.
Увеличение горизонтальной нагрузки обусловливает еще больший поворот дисков, вследствие чего первые трещины развиваются, стремясь достигнуть узлов рамы. В таком состоянии массивы кладки уподобляются своеобразным раскосам с концентрацией напряжений в углах, соединенных сжатой диагональю.
Разрушение кладки-раскоса (стадия II) наступает вследствие появления наклонной трещины вдоль сжатой диагонали (рис. V—6). При проведении описываемых опытов такая трещина, как правило, вначале возникала в массиве кладки, ближе расположенном к месту приложения нагрузки. Разрушение второго массива наблюдалось обычно при исчерпании несущей способности панели либо вообще не происходило (см., например, панель СХ-6 : на рис. V—6).
Повреждение панелей вызывало заметное падение их жесткости еще задолго до исчерпания несущей способности (рис. V—4).
Повышение нагрузки после появления диагональной трещины в диске А приводило к образованию трещин в обрамлении (стадия III). Поворот диска В вызывал изгиб верхнего ригеля в сторону от заполнения панели (рис. V—7), в результате чего наблюдался характерный излом ригеля вблизи правой грани проема (рис. V—6).
Прочность и деформации каркасно-каменных панелей при действии горизонтальной нагрузки

После разрушения массива кладки А нагрузку удавалось увеличить на 25—50%.
Как и при испытании панелей I группы, зафиксированные значения разрушающей нагрузки (Np) для панелей II группы в два раза и более превосходили соответствующие значения нагрузки Nт, вызывавшей первые трещины в панелях (табл V-1).
Описанная картина деформаций элементов панелей достаточно четко была продемонстрирована при испытании образна СХ-6, заполнение которого было выполнено в виде двух узких столбов кладки (рис. V—6,б). В панели такой же конструкции CX-1, имевшей широкие простенки (β3≥1), первая трещина появилась в зоне действия максимальных касательных напряжений (рис. V—6,а).
В панелях с оконным проемом в заполнении узкие простенки также можно рассматривать как диски, основанием которых является полоса подоконной кладки. Поскольку при прочих равных условиях растягивающие напряжения в опорных сечениях таких дисков меньше, чем в опорных сечениях столбов кладки, ограничивающих дверной проем, то логично ожидать, что первые трещины в панелях с оконным проемом появятся при более высокой нагрузке, чем в панелях с дверным проемом равной ширины.