» » Испытания многопанельных фрагментов каркасно-каменных стен

Испытания многопанельных фрагментов каркасно-каменных стен

18.04.2016

Помимо однопролетных панелей с проемами в заполнении испытаниям на перекос были подвергнуты две серии (ПН и ПВН) моделей фрагментов каркасно-каменных стен, изготовленных в 1/4 натуральной величины. Каждая серия состояла из трех образцов: одно-, двух- и трехпролетного. В образцах серии ПН в заполнении каждого пролета было предусмотрено два оконных проема, один из которых соединялся с дверным. В образцах серии ПВН в каждом из пролетов выполнялся один дверной проем. Основные сведения об этих образцах приведены на рис. II —14.
Обратим внимание на то, что кладка заполнения описываемых моделей стен характеризовалась довольно высокой прочностью сцепления.
Испытания многопанельных фрагментов каркасно-каменных стен

Основной целью этих опытов являлось изучение работы панели в составе многопролетной стены под нагрузкой. Первая информация по этому вопросу была получена при испытаниях девятипанельной стены (см. главу II) и двухпролетных образцов (см. главу III). Результаты этих опытов привели к выводу о том, что несущая способность многопанельной стены (Nтс) может быть определена как сумма значений Nті, установленных для составляющих ее панелей. Причем, при определении Nті любая из средних стоек каркаса условно относилась к каждой из соединяемых ею панелей. Однако в обоих случаях испытаниям подвергались фрагменты стен со сплошным заполнением. Между тем опыты с панелями серий А и CX показали, что устройство проемов в заполнении влечет за собой изменение его напряженно-деформированного состояния, возникающего как при действии только горизонтальной нагрузки, так и при взаимодействии ее с вертикальной нагрузкой. Поэтому распространить сформулированный выше принцип определения несущей способности многопанельной стены на конструкции с проемами в заполнении можно лишь после подтверждения его результатами соответствующих опытов с образцами таких стен. Заметим, что при изготовлении этих образцов пришлось столкнуться с существенно большими трудностями, чем при выполнении панелей с множителем геометрического подобия αп = 0,5. Эти трудности были обусловлены тем, что стремлению возможно точнее соблюсти принципы простого подобия твердых деформируемых тел серьезно препятствовали сравнительно малые размеры элементов образцов с αп = 0,25. Таким образом, этот опыт указал на то, что при наличии соответствующего испытательного оборудования нецелесообразно проводить исследования на образцах с αп ≤ 0,5.
Испытания образцов серии ПН

Однопролетный образец ПН-1 это характеру конструкции и схеме приложения горизонтальной нагрузки напоминал панели А-3 и А-4. Это обстоятельство определило аналогию в поведении всех этих образцов под нагрузкой, включая и схему разрушения.
Как и в панелях А-3, А-4, первые трещины в образце ПН-1 появились в опорных сечениях столбов кладки (рис. V—15). При небольшом увеличении нагрузки наблюдалось интенсивное развитие этих трещин. Новые трещины появлялись, в основном, в узком столбе кладки, примыкавшем к стойке, воспринимавшей нагрузку. К моменту достижения панелью максимума сопротивления горизонтальной нагрузке два других столба кладки практически не получили повреждений, если не считать трещин в опорных сечениях. Разрушение образца произошло в результате образования пластических шарниров в раме и носило, как и во всех ранее описанных случаях, спокойный характер. Наибольшие повреждения были отмечены в стойке, воспринимавшей нагрузку, в то время как в другой стойке трещины фиксировались лишь в узле соединения с нижним ригелем (рис. V—15).
Испытания многопанельных фрагментов каркасно-каменных стен

Описанная картина с небольшими изменениями повторилась при испытании образца ПН-2. Имевший место поворот столбов кладки (о чем свидетельствуют, например, данные, приведенные на рис. V—16) обусловил образование горизонтальных трещин в их опорных сечениях. Вначале трещины появились в заполнении первого пролета, а с увеличением нагрузки и во втором пролете.
Во время испытания образца ПН-2 объем повреждений в первом пролете на всех стадиях работы под нагрузкой был несколько большим, чем во втором пролете. Эта закономерность обнаружилась и при испытании трехпролетного фрагмента стены ПН-3.
На рис. V—17 в качестве примера приведены фотографии таких образцов после испытаний на перекос.
Для железобетонных каркасов двух- и трехлролетного образцов было характерно заметное уменьшение изгибных деформаций стоек по мере удаления их от места приложения нагрузки и изломы деформированной оси верхнего ригеля в местах его примыкания к промежуточным стойкам каркаса (рис. V—18).
Испытания многопанельных фрагментов каркасно-каменных стен

На рис. V—19,а даны графики перекоса образцов серии ПН и панелей, входивших в их состав. Сопоставляя значения перекоса первого (γ1), второго (γ2) и третьего (γ3) пролетов (считая от места приложения нагрузки) между собой и с перекосом всего образца (-f), можно заметить, что при одном и том же уровне нагрузки γ1>γ2>γ1 и γ3<γ2<γ1.
Испытания образцов серии ПВН

Признаком нарушения монолитности образцов этой серии являлась горизонтальная трещина в верхнем опорном сечении столба, примыкавшего к загруженной стойке каркаса (рис. V—15). Характер деформаций элементов каркаса был таким же, как и в образцах серии ПН.
По мере увеличения нагрузки появлялись наклонные трещины на узких и широких участках кладки заполнения. И в этих опытах объем повреждений, фиксировавшихся на второй стадии работы конструкции, был наибольшим на участках, ближайших к месту, приложения нагрузки.
Характерно появление косых трещин в средних частях промежуточных стоек образцов ПВН-2 и ПВН-3 (рис. V—15). Аналогичная картина наблюдалась при испытаниях образца ПН-2 и двухпролетных образцов со сплошным заполнением (рис. III—29). Это свидетельствует о целесообразности усиления поперечной арматуры не только в узлах каркаса, но и в середине промежуточных стоек многопролетных стен.
Испытания многопанельных фрагментов каркасно-каменных стен

Отмеченная выше закономерность в соотношении величин перекоса различных панелей многопролетных образцов серии ПН получила подтверждение при испытаниях образцов серии ПВН (рис. V—19,б). Этот факт, а также нарастание степени повреждения элементов конструкции по мере уменьшения расстояния между ними и местом приложения нагрузки следует рассматривать как результат концентрации этой нагрузки. При сейсмическом воздействии инерционная нагрузка распределяется вдоль всей стены, вследствие чего однотипные панели в составе данного яруса стены должны характеризоваться примерно равноценными касательными напряжениями.
Из графиков перекоса образцов серий ПН и ПВН, представленных на рис. V—19, следует, что с увеличением площади проемов в заполнении жесткость каркасно-каменных стен уменьшается. Основываясь на результатах испытаний однопролетных и многопролетных образцов с проемами в заполнении, можно сделать предварительный вывод о прямой пропорциональной зависимости между жесткостью каркасно-каменных стен и их коэффициентом проемности (μп).
Данные о несущей способности испытанных образцов стен приведены в табл. V—3. Для полноты суждения о влиянии заполнения на несущую способность стен были рассчитаны при действии горизонтальной нагрузки одно-, двух- и трехпролетные железобетонные рамы с теми же параметра-ми, что и рамы испытанных образцов стен. Полученные при этом значения разрушающей нагрузки составили соответственно: 0,283, 0,326 и 0,512 т.
Испытания многопанельных фрагментов каркасно-каменных стен

Данные табл. V—3 свидетельствуют о том, что у образцов серии ПВН, характеризовавшихся по сравнению с образцами серии ПН в 1,55 раза более высоким коэффициентом проемности, нагрузка, соответствовавшая появлению первой трещины, оказалась, в среднем, на 20% выше, чем у образцов серии ПН. Различие в значениях Np у образцов этих серий было менее ощутимым.
Среди испытанных образцов два были с дефектами изготовления (см. примечание к табл. V—3). Несущая способность этих образцов оказалась несколько ниже, чем у таких же бездефектных образцов.
Сопоставляя экспериментальные значения Nт и Nр для однопролетных и многопролетных образцов обеих серий, можно заключить, что с достаточной для практики точностью показатели несущей способности многопанельного яруса стены могут быть определены по формулам
Испытания многопанельных фрагментов каркасно-каменных стен

где n — число панелей в данном ярусе стены;
Nтi, Npi — горизонтальная нагрузка, соответствующая появлению I-й
трещины в заполнении i-той панели, и разрушающая нагрузка.