» » Прочность и деформации панелей при одновременном действии горизонтальной и вертикальной нагрузок

Прочность и деформации панелей при одновременном действии горизонтальной и вертикальной нагрузок

18.04.2016

При совместном действии вертикальной и горизонтальной нагрузок было испытано четыре панели (А—1, А—2, А—3 и А—4).
Вертикальная нагрузка прикладывалась к образцу по схеме, представленной на рис. V—8.
Суммарная величина этой нагрузки во всех случаях составляла 12,5 т и на всем протяжении испытаний была неизменной. В центральном столбе кладки средняя интенсивность нормальных напряжений σy, вызванных вертикальной нагрузкой, достигала 3,36 кг/cм2. Примерно этому же уровню соответствовали напряжения в других столбах кладки на участках вблизи проемов.
Будучи идентичными в конструктивном отношении, панели A-1, А-2 и А-3, А-4 испытывались при различных схемах приложения горизонтальной нагрузки. Если придерживаться обозначений, принятых на рис. V—8, то при испытаниях панелей A-1 и А-2 горизонтальная нагрузка прикладывалась к узлу рамы у столба кладки № 1. Панели А-3 и А-4 загружались со стороны столба № 3.
Прочность и деформации панелей при одновременном действии горизонтальной и вертикальной нагрузок

Во всех образцах прочность сцепления в кладке достигала довольно высоких значений. Зато возраст панелей к моменту проведения испытаний был сравнительно небольшим, что следует иметь в виду при оценке их начального напряженного состояния.
Переходя к рассмотрению результатов испытаний этих конструкций, заметим, что при изготовлении панели А-3 продольная арматура стойки А ошибочно не была заведена в бетон нижнего ригеля. Это обстоятельство явилось причиной преждевременного среза основания стойки А. В результате разрушающая нагрузка для панели А-3 оказалась самой низкой из всех значений, установленных при испытаниях панелей данной группы.
Благодаря действию вертикальной нагрузки стадия I у всех испытанных панелей была довольно длительной (табл. V—2). До появления первых трещин в заполнении деформации кладки и элементов рамы увеличивались пропорционально горизонтальной нагрузке. В этом можно убедиться, рассматривая графики горизонтального перемещения верха панелей относительно их низа, представленные на рис. V—9.
Прочность и деформации панелей при одновременном действии горизонтальной и вертикальной нагрузок

В каждой из испытанных панелей можно выделить три диска. Первый из них (рис. V—8) — это столб кладки выше подоконной полосы и примыкающая к нему стойка А. Второй диск (центральный) с двух сторон окружен проемами, основанием для него служит подоконная кладка. Стойка В и примыкающая к ней по всей высоте кладка представляют третий диск.
Под действием горизонтальной нагрузки каждый из этих дисков претерпевал перекос (рис. V—10) и поворот в своей плоскости. За счет последнего обстоятельства в опорных сечениях дисков появлялись нормальные напряжения σу разных знаков. Исключение составили нижние опорные сечения дисков: центрального и наиболее удаленного от места приложения нагрузки. По всей длине этих сечений даже при приближении нагрузки к величине Nт фиксировались сжимающие напряжения (рис. V—11).
Прочность и деформации панелей при одновременном действии горизонтальной и вертикальной нагрузок
Прочность и деформации панелей при одновременном действии горизонтальной и вертикальной нагрузок

О характере деформаций ригелей панелей можно судить по рис. V—12.
Первые трещины во всех панелях появились в опорных сечениях средних столбов кладки (рис. V—13). В некоторых случаях фиксировалось одновременное появление трещин и в опорных сечениях других простенков.
На II стадии работы конструкций интенсивному разрушению подвергались столбы кладки, примыкавшие к нагруженным стойкам рам, и центральные столбы. Лишь в одном случае (панель A-1) появление диагональной трещины было зафиксировано в столбе, наиболее удаленном от места приложения горизонтальной нагрузки, да и то лишь после прохождения ее максимума (Np).
В стадии II жесткость панелей была примерно в два раза ниже, чем в стадии I (рис. V—9).
В стадии III трещины в железобетонных рамах отмечались преимущественно в узлах, соединенных сжатой диагональю, и в опорном узле стойки А. Разрушение конструкции во всех случаях носило спокойный характер; даже после достижения максимума горизонтальной нагрузки и явного разрушения двух столбов кладки (рис. V—14) панель продолжала воспринимать нагрузку, равную (0,80—0,90)Np. В таком состоянии жесткость панелей во много раз была ниже начальной жесткости, фиксировавшейся в I стадии их работы под нагрузкой.
Прочность и деформации панелей при одновременном действии горизонтальной и вертикальной нагрузок

Вернемся к данным табл. V—2. Несмотря на идентичность конструкций всех панелей серии A, при приложении нагрузки со стороны дверного проема (панели А-3, Л-4) значения Nт оказались более высокими, чем у панелей А-1 и А-2, к которым нагрузка прикладывалась со стороны оконного проема. Сравнение величин Np дает другую картину. Однако здесь следует принять во внимание дефект панели А-3, о котором упоминалось в начале настоящего раздела. Если отбросить результат испытания этой панели, то можно заключить, что изменение места приложения горизонтальной силы практически не отразилось на величине разрушающей нагрузки.
Представляет интерес сопоставление результатов испытаний панелей серий CX и А. С этой целью введем понятие о коэффициенте проемности:
Прочность и деформации панелей при одновременном действии горизонтальной и вертикальной нагрузок

где Fп, Fо — площадь горизонтального сечения, соответственно, всей панели и проемов в заполнении.
Минимальное значение У панелей серии CX составило 0,745, а у панелей серии А — 0,605. Несмотря на это, показатели несущей способности при перекосе у панелей серии А оказались значительно выше, чем у образцов серии CX.
Одной из очевидных причин такого результата является различие в прочности сцепления, которая у панелей серии А была более высокой. Ho эта причина не единственная и, по-видимому, не главная. Основной причиной многократного различия в значениях Nт, а также и Np, для панелей этих серий, следует признать вертикальную нагрузку, имевшую место при испытаниях панелей серии А, тогда как панели серии CX вертикальному обжатию не подвергались.
В том, насколько велико влияние вертикального обжатия панелей на их сопротивление перекосу, мы могли убедиться еще ранее, знакомясь с результатами испытаний образцов со сплошным заполнением. Это обстоятельство, несомненно, должно получить отражение среди основных принципов проектирования каркасно-каменных зданий.