автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность и деформативность керамзитобетонных монолитных стен при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОШЛЫЙ ИНСТИТУТ ТИПОВОГО И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЖИЛИЩА (ДНИИЭП жилища)

На правах рукописи

ЗАГРОДСКИЙ Павел Юрьевич

ПРОЧНОСТЬ И ДЕФОРМАТИШОСТЬ КЕРАМВИТОБЕТОННЫХ МОНОЛИТНЫХ СТЕН ПРИ СОВМЕСТНОМ ДЕЙСТВИИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СИЛ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в Центральной ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательской и проектной институте типового и экспериментального проектирования жилища (ЦНИИЭП жилища)

Научный руководитель - кандидат технических наук, старший научный сотрудник М.Е.СОКОЛОВ

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор А.С.ЗМЕСОВ - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Н.С.СТРОНГИН

Ведущая организация - ЦНИИПЙ монолит

Защита диссертации состоится " && 1992 года в

часов на заседании Специализированного Совете КО .33.14.01

в Центральной научно-исследовательском и проектной институте типового и экспериментального проектирования жилища (ЦНЙЙЗП жилища) по адресу: 127434, Москва, Дмитровское шоссе, док 9, корпус "Б".

С диссертацией можно ознакомиться в методфонде ЦНИИШ жилица. Автореферат разослан и/ и Ру _1992 года.

Ученый секретарь Специализированного совета, к«т«н*, с,н#с*

Т.К.Данилина

I

1

Актуальность. Реализация задач по решению жилищной проблемы в России возможна за счёт ускоренного развития индустриальных видов домостроения, в том числе монолитного, повышения его технического уровня и качества.

В настоящее время монолитный бетон применяется в сейсмически активных районах страны для возведения гражданских зданий различной этажности. При этом широко используются легкие бетоны, для изготовления которых служат природные и искусственные пористые заполнители.

Несмотря на существующее ранее мнение о нежелательности применения в условиях сейсмических воздействий конструкций из легкого бетона из-за его повышенной хрупкости и деформативности, исследования последних 15 лет подтвердили возможность и выгодность строительства зданий с применением легкого бетона, так как при этом без снижения прочности можно уменьшить вес здания, действующие нагрузки и получить в ряде случаев значительный экономический эффект.

Для разработки наиболее оптимальных решений монолитных зданий с применением легкого бетона необходимо изучить особенности деформирования основных несущих конструкций, и прежде всего стен, при наиболее опасных воздействиях, к числу которых принято относить действие поперечных сил, приводящих к образованию наклонных трещин, снижению пластичности деформирования и рассеяния энергии. Однако специфика работы легкобетонных монолитных стен в условиях совместного действия продольных и поперечных сил изучена явно недостаточно. Проведенные в последние годы исследования влияния армирования, геометрии сечения, величины вертикального обжатия, характеристик технологических швов на несущую способность стеновых конструкций относились в основной к стенам из тяжелого бетона. Механический перенос этих результатов при проектировании легкобетонных стен может

ч-

привести как к излишнему расходу мьтериалов, так л к переоценке их несущей способности.

В этой плане работа является продолжением исследований неар-вдюванных и армированных стен из тягелого бетона, выполненных в ЦНИИЭП жилища в 1983-88 гг.

Цель работы - совершенствование методов расчёта и конструирования керамзитобетонных монолитных стен при совместной действии вертикальных и горизонтальных сил на основе выявления особенностей их прочностных и деформативньос свойств.

Границы исследований. В исследованиях приняты как наиболее распространенные кераызитобетошше стены монолитных зданий прямоугольного сечения класса до В 15, ортогонально армированные, для обычных и сейсмических условий строительства.

На защиту выносятся следующие основные научные результаты: - зависимость предельной сдвиговой нагрузки керамзитобетон-ных монолитных стен от уровня обжатия нормальной силой, имеющая восходящую и нисходящую ветви, границей которых служит уровень обжатия, составляющий 70-75% от предельного при внецентренном сжатии; определение рационального количества полевого армирования, повышающего предельную сдвиговую нагрузку до пределов, определяемых срезом опорного сечения или разрушением по ожатой наклонной полосе; снижение предельной сдвиговой нагрузки керамзитобетоаных стен на 15% при знакопеременном циклическом нагружении; данные экспериментальных и расчётно-теоретических исследований несущей способности, закономерностей напряженно-деформированного состояния, характера трещинообразования, пластичности деформирования и форм разрушения керамзитобетонных неармированных стен, а также стен, имеющих контурное армирование от = 0% до = 0,1855 и полевое армирование от = 0% до 0,5?о, при монотонном и знакопеременной циклическом нагружении класса по прочности на сжатие

бетона В 7,5 + В 15;

- инженерный метод расчёта керамзитобетонных монолитных стен бескаркасных зданий на совместное действие внецентренного сжатия и сдвига, основанный на формулах, обобщающих проведенные ранее экспериментально-теоретические исследования стен из тяжелого бетона и учитывающих пониженные поправочные коэффициенты к предельной сдвиговой нагрузке керамзитобетонных стен, различные формы их разрушения, распределение касательных напряжений в неупругой стадии, влияние горизонтальных нормальных напряжений, усилия в полевой арматуре различного направления в зависимости от геометрических соотношений стены;

- рекомендации по рациональному армированию керамзитобетонных монолитных стен, включающие ограничение полевого армирования и исключение разрушения по наиболее опасным формам.

Достоверность полученных результатов обосновывается экспериментальными исследованиями работы крупных моделей стен и данными расчётно-теоратического анализа на ЭВМ.

Научная новизна результатов работы заключается в том, что выявлены зависимости предельной сдвиговой нагрузки керамзитобетонных монолитных стен от уровня обжатия нормальной силой и интенсив-ности'вертикального и горизонтального полевого армирования; исследовано влияние знакопеременного циклического нагружения на предельную сдвиговую нагрузку керамзитобетонных стен; установлена пониженная прочность неаргшрованных керамзитобетонных стен при действии сдвиговых нагрузок по сравнению со стенами из тяжелого бетона; установлено, что несущая способность керамзитобетонных стен, имеющих вертикальное контурное армирование, близка к несущей способности аналогичных стен из тяжелого бетона; предложены формулы, обобщающие проведенные ранее экспериментально-теоретические исследования стен при действии сдвиговых нагрузок.

Практическое значение и -внедрение результатов работы. Применение инкенерного метода расчета и конструирования монолитных керамзитобетонных стен на совместное действие внецентренного сжатия и сдвига повышает надежность оценки их несущей способности.

По сравнению с существующими методами, изложенными в ряде нормативных документов, например, в РСН 13-87 для условий Молдовы, применение предложенного метода расчёта позволяет в ряде случаев сократить расход арматурной стали на 1-2 кг на м общей площади.

Разработанный метод расчета керамзитобетонных монолитных стен и предложения по их конструированию использованы при разработке "Рекомендаций по расчёту и конструированию сейсмостойких зданий из монолитного бетона (I редакция)" (ЦНИИПИ монолит).

Внедрение результатов диссертационной работы при проектировании 4-этажных сборно-монолитных домов, строящихся в г.Ленинакане,

р

позволило получить экономический эффект 0,4 руб/м общей площади.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований были доложены и обсуждены на второй научно-практической конференции молодых ученых и специалистов ЦНИИЭП жилища "Жилищное строительство и научно-технический прогресс" (1986 г.), на Всесоюзной научно-практической конференции "Прочность, трещиносгойкооть и деформативность стен крупнопанельных и монолитных зданий" (1990 г.). По теме диссертации опубликовано три статьи.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографии; общий объем - 243 стр.; текст диссертации - 121 стр.; список литературы - 1ь9 наименований; рисунков - 62; фотографий - 24, таблиц - 29.

Исследования выполнялись под руководством кандидата технических наук, старшего научного сотрудника М.Е.Соколова в отделе монолитного домостроения ЦНЖЬП нища в соответствии с научно-

производственно-технической программой "Монолит-90", утвержденной постановлением Госстроя СССР от 8 октября 1987 г. № 228, и отражены в научно-технических отчетах (№ ГР 01860125086, 01880005478).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проблема обеспечения прочности легкобетонных монолитных стен при сейсмических нагрузках относится к числу наименее изученных. Для ее решения необходимо привлечение целого комплекса исследований физико-механических свойств легких бетонов, деформирования стен в своей плоскости и расчёта плоскостных железобетонных конструкций.

Исследованию свойств легких бетонов при различных силовых воздействиях посвящены работы А.А.Ашрабова, Д.К.Баулина, Г.А.Бужевича,

A.И.Ваганова, К.И.Вилкова, А .А.Гвоздева, К.П.Деллоса, Н.А.Корнева, Г.И.Кириакиди, А.А.Кудрявцева, Р,Л.Машина, Ю.И.Мешкаускаса,

B.Н.Периакова, К.В.Петревой, А.Б.Пирадова, В.Н.Рашинского, М.З.Симонова, Н.Я.Спивака, Н.С.Стронгина, Ю.В.Чиненкова, А.Шорта и др.

Изучение поведения стеновых диафрагм, деформирующихся в своей плоскости, проводилось в нашей стране Г.Н.Ашкинадзе, К.Г.Аш-кинадзе, Ю.В.Барковым, В.С.-Г.Бориевым, Б.П.Брусковым, И.В.Бубуй-ком, Н.МДосужей, А.С.Залесовым, В.Г.Ймасом, Ю.В.Измайловым, А.Ф.Кирпием, В.И.Коноводченко, Ы.М.Кукебаевым, Р.А.Кулиевым, В.Н. Морозовой, Л.Д.Мартыновой, Т.В.Скрипник, М.Е.Соколовым, В.Г.Димбле-ром, А.В.Чернаииным, Г.А.Шапиро и др., за рубежом - С.М.Александе-ром, Ф.Барда, Д.Дьякону, А.Е.Карденасом, У.Корли, Х.Кравинклером, Р.Парком, Т.Паули, Ф.Тассиосом, Т.Хисада и др.

Вопросам совершенствования расчета плоскостных железобетонных конструкций посвящены исследования Г.Н.Ашкинадзе, Г.Р.Видного, А.С.Городецкого, А.С.Залесова, Ю.В.Измайлова, Н.И.Карпенко, А.А.Карякина, В.М.Круглова, М.И.Леви, В.Л.Лишака, Л.Д.Мартыновой,

C.В.Полякова, И.Я.Розенберга и др.

Несмотря на большое число публикаций по изучению стеновых конструкций, особенности деформирования и разрушения стен из лег-

ких бетонов при действии значительных сжимающих и сдвигающих нагрузок выявлены недостаточно. Это объясняется тем, что основная часть работ была направлена на изучение стен из тяжелого бетона, а таете методикой испытания стен по схеме диагонального сжатия, не отражающей специфики деформирования стеновых конструкций монолитных зданий при сейсмическом воздействии. Необходимость получения прямых данных об особенностях работы стен из легких бетонов по сравнению со стенами из тяжелого бетона обусловило проведение настоящих экспериментальных и расчёгно-теоретических исследований.

При выборе конструкции образцов и схемы их испытаний была поставлена задача получить сопоставимые данные с аналогичными исследованиями, проведенными ранее в лаборатории прочностных испытаний ЩИИЭП жилища для стен из тяжелого бетона. В связи с этим методика испытаний была принята такой на, как и для образцов из тяжелого бетона.

Экспериментальные исследозания проводились на образцах монолитных стен прямоугольного сечения в масштабе I : 3 длиной Н = 1,5 м, высотой С = 0,9 м и толщиной 6 =0,11 м. В качестве исходного материала'для изготовления образцов был принят керамзитобеток класса по прочности на сжатие В 7,5 * В 15.

Методика экспериментальных исследований предусматривала изучение влияния вертикальной нагрузки, армирования и знакопеременнос-ти приложения нагрузок на закономерности деформирования, предельные состояния и несущую способность керамзитобетонных монолитных стен.

Испытание образцов проводилось при постоянной внецентренно приложенной сжимающей нагрузка с последующим разрушением возрастающей горизональной нагрузкой. Внецентренное сжатие осуществляло приложением вертикальной нагрузки с эксцентриситетом £„= 0,5 при помощи симметрично расположенных 100-тонных гидравлических

домкратов ДГ-ЮО и замкнутых гибких силрвых рам о упруго-податливыми прокладками. Горизонтальная нагрузка прикладывалась на уровне нижнего опорного сечения образцов при помощи гидравлических домкратов ДГ-ЮО и Г-образной траверсы, что позволило обеспечить независимость изменения изгибающего момента и поперечной силы при испытании образцов на монотонные и знакопеременные сдвиговые нагрузки.

Для наблюдения за изменением напряженно-деформированного состояния бетона образцов использовались прямоугольные розетки из тензорезисторов базой 50 мм. Деформации диагоналей и контура рабочей части измерялись при помощи индикаторов часового типа с ценой деления 0,01 ым, а смещения в плоскости стены - прогибомерами Максимова с ценой деления 0,1 мм.

В образцах в широких пределах варьировался уровень вертикального обжатия^от предельной нагрузки по внецентренному сжатию А/ц. и до 0,25 А/к , процент контурного армирования от = 0 до 0,18%, процент полевого горизонтального армирования от 0 до 0,51%, процент полевого вертикального армирова-

ния от _ДУ = 0 до 0,25$.

Таким образом, полную номенклатуру составили двадцать два образца (четыре серии), характеристики которых приведены в табл.1.

Образцы I и 3 серий испытывались на монотонное нагружение. Образцы 2 и ^ серий испытывались на знакопеременную нагрузку и имели двойников среди образцов I и 3 серий. Знакопеременное нагружение проводилось при трех-четырех уровнях, составляющих в среднем 40$ от предельной горизонтальной нагрузки при монотонной нагруже-нии йа (нагрузка образования первой наклонной трещины), 60% от , когда в стене образуется значительное количество наклонных трещин, и 90% от (2а при наличии в стене состояния, близкого к

Основные характеристики образцов

Таблица I

1й Марка серии образца

Характеристика бетона

кубиковая прочность

Н

»

Ж а

Армирование

Контурное

вид

предел

Полевое вертикальное

Полевое горизонтальное

арматуры вдкучести ^^учес

предел

НПа

ри

ти МПа

вид предел

арматуры текучести

Ша

I 2 3 4 5 6 7 8 9

I МСК-1-1 18,7 - - - - -

МОК-1-2 13,2 - - - - -

МСК-1-3 11,4 - - - - -

МСК-1-4 13,1 - - - - -

2 МСК-1-5 19,6 - - - - - -

МСК-1-6 1 23,1 - - - - - -

ЙСКА-00 18,4 6^8 АШ 441,3 - - - -

ис:1А-00-А 11,2 - - - -

ИСКА-05 15,4 4 - - 703 В1 637,5

2 3 4

MCKA-I5 И.З 608 Ali!

MCKA-25 15,8

MCKA-50 11,9 —ti—

MCXA-25-25 12,4

MC КA-25-25-A 9,5

MCKA-25-05 13,0 _I1_

МСИ-05-М 13,1 2^8 АШ

MCKA-05-05-M 10,6

t.lGICA—00—3 17,0 6^8 Ali!

MCKA-05-? 13,0

I.IGÏCA—15—3 8,7

MCKA-25-3 17,4

MC ivA-50-3 11,9

Продолжение табл. I

5 6 7 8 9

441,3 - - 8^5 В1 607,1

- - 1305 В1

- - 2605 В1

2105 В1 607,1 1305 В1 — —

_||_ ■¡■20 ¿1 637,5 _н _

- - 703 В1 637,5

12^3 В1 637,5

441,3 - - - -

- - 703 В1 637,5

- - 805 В1 607,1

— - - 1305 В1

- - 2605 В1

предельному. На каадом уровне производилось по три цикла знакопеременного нагружения.

Для уточнения результатов экспериментальных исследований и получения новых данных о характере напряженно-деформированного состояния бетона и арматуры, усилий образования трещин, несущей способности и предельных состояний образцов были осуществлены расчет-но-теоретические исследования с использованием программного комплекса "РДДУГА", разработанного в ЦНШЗП жилища М.Я.Розенбергом. Программа позволяет моделировать сложное нагружение стеновых конструкций с учетом нисходящей ветви в диаграмме нелинейного деформирования бетона, развития в нем трещин, нелинейных деформаций арматуры и других особенностей работы железобетона. Плоскость стен была разбита на конечные элементы прямоугольной формы, размеры которых подбирались из условий получения наиболее полной информации о напряженно-деформированном состоянии стены и учета границ участков с различной интенсивностью армирования, что обеспечивалось различным типом жесткости конечных элементов. Нагруяение осуществлялось ступенями аналогично тому, как зтс производглось в эксперименте. Расчёты производились для стен из тяжелого и керамзитобетона.

Результаты исследований

Экспериментально-теоретические исследования показали, что первые нормальные трещины возникают на растянутой грани образцов; пер-

0

вые наклонные трещины возникают и развиваются под углом 40 - 60 от опорного сечения в направлении растянутой грани образца. При этом нагрузка образования нормальных и наклонных трещин в образцах из керамзитобетона в среднем на 30% ниже, чем в образцах из тяжелого бетона, что объясняется меныаей пластичностью керамзитобетона и его худшей работы при плоско-напряженном состоянии в области "ежа-

тие-растяжение".

На основе анализа результатов экспериментального замера деформаций с помощью тендорезисторов, а также теоретического расчета по программному комплексу "РАДУГА" были построены эпюры нормальных и касательных напряжений.

Эпюра вертикальных нормальных напряжений (э а в образцах из керамзитобеюна и тяжелого бетона имеет треугольное очертание и только при действии горизонтальной нагрузки, близкой к предельной, несколько искривляется в армированных образцах. Длина сжатой зоны X неармированных образцов из тяжелого и легкого бетонов имеет близкое значение. Наличие в стенах контурной арматуры заметно увеличивает длину сжатой зоны для керамзитобетонных образцов и в меньшей степени для образцов из тяжелого бетона.

Эпюра касательных напряжений в образцах из корамзитобе-

тона и тяжелого бетона практически одинакова и при малых поперечных силах распределяется по длине сечения в форме параболы. С ростом поперечной силы касательные напряжения локализуются в сжатой зоне опорного сечения, а точка их максимума смещается в сторону наиболее сжатой грани. Величина поперечной силы в наклонной трещине, подсчитываемая интегрированием эпюры под видимой наклонной трещиной, составляет от общей поперечной силы 2О% для керамзитобеюна и 30% для тяжелого бетона.

Напряжения в контурной растянутой арматуре в нижнем опорном сечении близки к пределу текучести, что связано с интенсивным раскрытием нормальной трещины. Напряжения в крайней сжатой арматуре составляют приблизительно 50$ от предела текучести. При этом напряжения в контурной арматуре керамзитобетонных образцов превосходят напряжения в образцах из тяжелого бетона, что приводит к большей длине сжатой зоны керамзитобетонных образцов.

Характер распределения напряжений в полевой арматуре свидетельствует о том, что наибольшие усилия возникают в стержнях, пересекаемых критическим наклонным сечением, а усилия в вертикальных стержнях приблизительно равны усилиям в горизонтальных. Для полевой арматуры, как и для контурной, характерно превышение напряжений в образцах из керамзитобетона по сравнению с напряжениями в образцах из тяжелого батона.

Расчётно-теоретичесние исследования с учетом неупругих свойств бетона по аКЗ и их сопоставление с упругим расчётом выявили наличие по длине опорного сечения горизонтальных нормальных напряжений б"х , распределение которых имеет вид выпуклой кривой с нулевыми значениями по краям опорного сечения и не зависит от вида применяемого бетона. Их величина возрастает с ростом сдвигающей силы и в предельном состоянии повышает общую несущую способность стены.

Анализ горизонтального смещения верха рабочей зоны образцов позволяет сделать вывод о тон, что с переходом от керамзитобетона к тяжелому бетону, а такие с увеличением армирования деуорматив-ность стены уменьшается. Это связано с большей величиной модуля упругости тяжелого бетона, а также с наличием арматуры, которая является в стене внутренней связью и не позволяет раскрыться нормальным и наклонным трещинам.

но результатам экспериментальных исследований были построены зависимости предельной поперечной силы от уровня обжатия для маркированных (рис.1) и интенсивности полевого горизонтального армирования для армированных (рис.2) образцов из керамзитобетона и тяжелого бетона.

Анализ графиков (рис.1) показывает, что при малом обжатии предельная поперечная сила Ои для образцов из тяжелого бетона и

Q

ИнвЬ

2,0

N/Nu

о 0,2 о,к 0,6 0,5 \р Рис.1. Результаты испытаний неармированных образцов -к- тяжелый бетон;-•-керамзитобетон

I____ М^кН

0 <00 200 зоо 550

Рис.2. Результаты испытаний армированных образцов х тяжелый бетон; • керамзитобетон _ среднее значение по МНК

керамзитобетона приблизительно одинакова, С увеличением уровня обжатия до 70-75% от предельной нагрузки по внецентренному сжатию //и их несущая способность возрастает для образцов из тяжелого бетона в 1,6 раза, а для образцов из керамзитобетона в 1,26 раза. Дальнейшее увеличение вертикальной нагрузки приводит к уменьшению

Предельная поперечная сила в образцах из керамзитобетона снижается в среднем на 15% по сравнению с образцами из тяжелого бетона, что объясняется меньшей пластичностью неармированного керамзитобетона, его худшей работой при плоско-напряженном состоянии в области "сжатие-растяжение" и меньшим усилием зацепления в критической наклонной трещине.

Результаты испытаний армированных образцов показывают, что контурное армирование - 0,18% заметно повышает предельную горизонтальную нагрузку: для образцов из керамзитобетона в 1,6 раза, а для образцов из тяжелого бетона в 1,4 раза. Это явление объясняется меньшим модулем упругости керамзитобетона и, соответственно, большей длиной сжатой зоны в керемзитобетонных образцах.

Увеличение процента полевого горизонтального армирования от 0 до 0,51% вызвало рост предельной поперечной силы

Он независимо от вида бетона, примерно, на 40% (рис.2). Полевое вертикальное армирование также повлияло на : его изменение от 0 до уцу = 0,25% увеличило О* на 15$. Анализ зависимостей (рис.2) позволяет сделать вывод о том, что несущая способность армированных образцов из тяжелого бетона и керамзитобетона практически одинакова, что объясняется более благоприятным влиянием арматуры в керамзитобетонных образцах на их длину сжатой зоны, усилия зацепления в трещинах и пластичность деформирования. Те же закономерности были получены при расчётно-теоретических исследованиях по программе "РАДУГА".

Экспериментальные и расчётно-теореткческие исследования выявили четыре формы разрушения плоскостных конструкций при действии поперечных сил.

Первая (основная) форма характеризуется разрушением по критической наклонной трещине и наблюдается в образцах при малом и среднем уровне обжатия нормальной силой (до 70-75% от предельной по внецентренноыу сжатию) и при проценте горизонтального полевого армирования 0,25$. Бри этом происходит срез сжатой зоны бетона, разрыв полевой арматуры по критической наклонной трещине, преодоление сил зацепления в критической наклонной и нормальной трещинах, а также преодоление нагельного сопротивления вертикальной арматуры.

Вторая форма разрушения характеризуется раздавливанием сжатой зоны бетона и наблюдается в неармированных стенах при продольных силах, близких к предельной по внецентренному сжатию. Эта форма разрушения приводит к интенсивному микротрещинообразоваиию в сжатой зоне бетона и к резкому падению несущей способности на поперечную силу.

Третья и четвертая формы разрушения характеризу тся срезом горизонтального нормального сечения, либо раздавливанием бетона сжатой наклонной полосы между наклонными трещинами. Такие формы разрушения наблюдаются при армировании стены либо одной горизонтальной полевой арматурой с ^^>0,5%, либо горизонтальной и вертикальной полевой арматурой с ^¡„>0,25%, уцу>0,25%. При этом предельная поперечная сила зависит от прочности бетона стены срезу и сжатию, сопротивления сил зацепления в нормальных и наклонных трещинах, а также нагельного сопротивления арматуры.

Уровень обжатия нормальной силой, армирование и формы разрушения оказали заметное влияние на пластичность дефоринровакия ке-рамзитобетонных образцов, оцениваемую коэффициентом ц =Аа/Дв.ес(.

( - предельное перемещение рабочей зоны образца перед разрушением, Д^ - предельное упругое перемещение). Так, положительное влияние на 1ц оказал рост полевой горизонтальной арматуры до

0,26%; дальнейшее увеличение снизило пластичность,

так как арматура не достигала текучести. Пластичность также снижалась при увеличении обкатия образцов нормальной силой (при ее уровне не менее 25% от предельной) и при установке полевой вертикальной арматуры, которая сыграла роль дополнительного обжатия. Наибольшая пластичность получена при разрушении образцов по первой форме, а наименьшая - по второй. Сравнение с проведенными ранее исследованиями стен из тяжелого бетона не выявило особых различий для вышеперечисленных закономерностей.

Для пластической работы керамзитобетонных несущих стен монолитных зданий необходимо их армировать так, чтобы прочность от среза опорного сечения или разрушения сжатой наклонной полосы была на 20% больше, чем прочность от среза по наклонной трещине.

Анализ испытаний армированных керамзитобетонных образцов на знакопеременную нагрузку выявил снижение предельной несущей способности яо сравнению с монотонным нагружением в среднем на 1%. При этом с увеличением горизонтального полевого армирования разница мезду разрушающей нагрузкой при монотонном и знакопеременном нагружении снижалась. Анализ диаграмм деформирования образцов показал, что с увеличением горизонтальной нагрузки жесткость всех образцов падала. Пластичность и энергоемкость образцов увеличивалась с ростом полевого горизонтального армирования и уменьшалась с увеличением обкатия нормальной силой.

Используя закономерности, выявленные при испытаниях керамзито-бетонных стен, а также полученные другими авторами при испытаниях стен из тяжелого и низкомарочного легкого бетонов, построена физическая модель сопротивления стен совместному действию знецентрен-ного сжатия и сдвига. Согласно этой модели, прочность стены на

сдвиг при слабой обжатии определяется трением и зацеплением берегов микротрещин в сжатой зоне, а при сильном - развитием процессов разупрочнения в бетоне сжатой зоньи

На основании физической модели, связывающей вертикальные нормальные напряжения б',, и касательные напряжения Т показана пониженная прочность стен из керамзитобетона на сдвиг по сравнению со стенами из тяжелого бетона при среднем и сильном обжатии (более 50% от про цельного). Это можно объяснить низкой прочностью пористого заполнителя и в связи с этим - пониженным внутренним трением. При слабой обжатии стены из тяжелого бетона и керамзитобетона имеют почти одинаковую прочность, так как связность бетона определяется его растворной составляющей, которая в тяжелом и легком бетоне одинакова.

На основе проведенных расчётно-теоретических и экспериментальных исследований, а также используя результаты, полученные другими авторами, был предложен метод расчета несущей способности стен монолитных зданий при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил, учитывающий особенности разрушения легкобетонных стеновых конструкций и развивающий основные предложения Г.Н.Ашшнад-зе, А.О.Залесова, Ю.В.Измайлова, В.И.Лишака, Л.Д.Мартыновдй и др. .

Метод расчёта

При построении расчётной модели стены было учтено, что при. многократном знакопеременном сейсмическом воздействии многими механизмами сопротивления стены при действии поперечных сил (силы зацепления в нормальных и наклонных трещина?:,нагельные усилия в полевой и контурной вертикальной арматуре) ввиду их малости можно пренебречь и выделить две главных составляющих: сопротивление сжатой зоны С(1 и сопротивление полевой арматуры (¡^ .

Исходя из кратковременности сейсмического воздействия, эпюра сжимающих нормальных напряжений <3\, в опорной зоне принята треугольной формы. Эпюра касательных напряжений Т ху принята криволинейной формы с коэффициентом, учитывающим вид бетона стены.

Максимальные касательные напряжения, исходя из критерия прочности при плоско-напряженном состоянии, определяются в виде:

^ +6"»У . ' (I)

где б^ = 1,5 Ы/ - вертикальные нормальные напряжения в сжатой зоне стены с учетом распределения касательных напряжений в неупругой стадии и влияния горизонтальных нормальных напряжений.

Длина сжатой зоны бетона х определяется, исходя из совместного решения системы уравнений равновесия продольных сил, моментов и уравнения совместности деформаций бетона и арматуры.

Усилие , воспринимаемое полевой арматурой, определяется в зависимости от параметра <1 = с / , где 0 - длина проекции наклонной трещины, принимаемая равной высоте этажа, - рабочая высота горизонтального сечения.

Таким образом* предельная поперечная сила для оценки разрушения по наклонной трещине определяется по формуле:

<2я* + а^ (2)

Поперечное усилие (За » воспришшгемоз сяатой зоной бетона, определяется по формуле:

= . сз)

где ^ - коэффициент, зависящий от вида бетона стены и наличия армирования. Коэффициент ^ принимается равным: 1,15 и 1,0 для неармированных стен из тяжелого бетона и кераизитобетона соответственно; 1,3 и 1,2 для стен из тяжелого бетона а керамзитобе тона, имеющих расчётную контурную арматуру.

Для определения усилия , воспринимаемого полевой арматурой, при £ > 1,25 учитывается только поперечная арматура, при

0,25 учитывается только продольная арматура. При 0,25<</.<11,25 поперечное усилие определяется по формуле:

где и А^ ~ площадь полевой поперечной и продольной армату-

ры соответственно. Коэффициенты ^ и определяются по формулам:

»V 0,25' , (5)

Т« (б)

Дпн стен, имеющих сильное полевое армирование и разрушающихся от среза по опорному сечении или скатой наклонной полосе, вводится ограничение на предельную несущую способность в виде:

<2и 0 (7)

При определении несущей способности стен при сейсмическом воздействии по формуле (2) необходимо учитывать понижающий коэффициент, равный 0,85.

Сравнение результатов расчетов по предлагаемой методике с экспериментальными исследованиями автора (рис.3,4) свидетельствует о более высокой точности предлагаемого метода расчета по сравнению с существующими. С его помощью было рассчитано большое количество стен в широком диапазоне изменения вида бетона, конструкции, условий нагружения и получена удовлетворительная сходимость с результатами экспериментальных исследований (запас по прочности составил в среднем 1055).

Экономический эффект предлагаемого метода ресчета определялся в стенах сборно-монолитных домов, запроектированных по РСН-13-87

_0и_

Рис.3. Зависимость предельной поперечной силы от уровня нормальной силы

экспериментальная; —□— СНиП 2.03.01-84; Пособие к СНиП 2.08.01-85; —6— РСН 13-87; предлагаемая методика

Рис.4. Зависимость предельной поперечной силы от процента горизонтального полевого армирования

-.- экспериментальная; —п— СНиП 2.03.01-84;

-о- Пособие к СНиП 2.08.01-85; —л— РСН 13-87;

—*— предлагаемая методика

гч

на 9-балльное сейсмическое воздействие и строящихся в г.Ленинакане.

р

Было выявлено сокращение расхода металла до 2 кг на I м общей площади за счёт отказа от расчётного полевого армирования.

основные вывода

I. Предельная несущая способность неармированных кераызитобе-тонных монолитных стен из бетона класса до В 15 при совместном действии внецентренного сжатия и сдвига в плоскости стены при доминирующем влиянии сдвиговой нагрузки меньше, чем стен из тяжелого бетона, в среднем на 15%. При низком уровне обжатия разница несущей способности на сдвиг стен из тяжелого и керамзитобетона уменьшается.

Трещиностойкость стен из керамзитобетона как по нормальным, так и по наклонным сечениям в среднем на 30% меньше, чем стен из тяжелого бетона.

2. Предельная сдвиговая нагрузка зависит от уровня обжатия: о увеличением сжимающей силы до 70-75^ от предельной при внецентрен-ном сжатии несущая способность на сдвиг возрастает; при большем обжатии предельная сдвиговая нагрузка падает. Влияние нормального обжатия качественно соответствует установленному ранее для тяжелого бетона.

3. Контурное армирование повышает несущую способность на сдвиг (2и керамзитобетонных стен в значительно большей степени, чем стен

из тяжелого бетона. При наличии в стенах расчетной контурной арматуры предельные несущие способности стен из керамзитобетона и тяжелого бетона практически одинаковы.

Полевое горизонтальное армирование с _/Ц.5и,= 0,5% (при постоянном контурном) повышает предельную сдвиговую нагрузку на 40%. Полевое вертикальное армирование с = 0,25% (при постоянном

контурном и полевом горизонтальном) повышает <2и на 15%.

4. Характер разрушения керамзитобетонных стен от совместного действия внецентренного сжатия и сдвига в плоскости определяется уровнем обжатия нормальной силой, характером и интенсивностью полевого армирования.

При большом уровне обяатия нормальной силой (более 80% предельной нагрузки при сжатии) происходит разрушение сжатой зоны неарми-рованных стен от раздавливания.

При меньшем уровне обкатия нормальной силой возможны следующие формы разрушения: - по наклонному сечению в результате среза участка сжатой зоны бетона за вершиной наклонной трещины и взаимного сдвига берегов критической наклонной трещины; эта форма разрушения наблюдается в неармированных стенах, а также в стенах с процентом горизонтального полевого армирования, не превышающим величину 0,25%; - по горизонтальному нормальному сечению в результате среза всей поверхности этого сечения, либо по сжатой наклонной полосе между наклонными трещинами. Такие формы разрушения наиболее характерны при армировании стены либо одной горизонтальной полевой арматурой с ^/Ч«-7" лк<5° горизонтальной и вертикальной

полевой арматурой с

5. Прочность несущих керамзитобетонных стен монолитных бескаркасных зданий после появления в них наклонных трещин цот.ет быть обеспечена без расчётного армирования. Это связано с наличием в керамзитобетонных стенах сжатой зоны бетона, оказывающей эффективное сопротивление сдвигу. Разрушающая нагрузка превосходит нагрузку образования наклонных трещин в среднем в 1,7 раза для неармированных стен и 1 2 I 2,5 раза для армированных стен.

о. Пониженная прочность керамзитобетонных стен на сдвиг при среднем и высоком уровне обжатия обусловлена в первую очередь низ-

кой прочностью зерен заполнителя, не позволяющей в полной мере развиться внутреннему трению. При слабом обжатии прочность стен определяется связанностью бетона; последняя зависит главным образом от растворной составляющей, одинаковой для стен из керамзито-бетона и тяжелого бетона.

7. Пластичность деформирования керамзитобетонных стен в значительной степени зависит от уровня обжатия и интенсивности полевого армирования:

- с ростом уровня обжатия нормальной силой (при ее уровне не менее 25>о от предельной) пластичность керамзитобетонных стен уменьшается;

- с увеличением количества полевого горизонтального армирования до 0,25% пластичность керамзитобетонных стен увеличивается; при дальнейшем росте полевого армирования пластичность уменьшается.

8. Сопротивление керамзитобетонных стен класса В 7,5 * В 15 при совместном знакопеременном нагружении вертикальными и горизонтальными нагрузками снижается в среднем на 15% по сравнению с монотонным нагружением. Однако при этом стены еще обладают значительной несущей способностью, что свидетельствует об их высокой'сейсмостойкости. С увеличением количества полевой арматуры отрицательное влияние знакрпеременности приложения нагрузок на стену снижается.

9. Для расчёта прочности монолитных керамзитобетонных стен при действии сдвиговых нагрузок предлагается метод (формулы (I)- (7) ), исключающий наиболее опасные формы разрушения стен путем ограничения предельного процента полевого армирования по формуле (7), а также учитывающий вид бетона стен введением поправочных коэффициентов в формуле (3). Предложенный метод с достаточной точностью (с запасом по прочности в среднем 10%) соответствует результатам испы-

таний керамзитобетонных стен при действии поперечной силы.

10. Для пластической работы керамзитобетонных несущих стен монолитных зданий при действии поперечных сил необходимо их армировать так, чтобы прочность от среза опорного сечения или разрушения сжатой наклонной полосы была на 20% больше, чем прочность от среза по наклонной трещине.

11. Использование разработанного в диссертации метода расчета и предложений по армированию позволит сократить расход металла в

стенах бескаркасных монолитных сейсмостойких зданий до 2 кг на р

I м общей площади.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих

1. Загродский П.Ю. Испытания легкобетонных монолитных стен при совместном действии вертикальных и горизонтальных нагрузок // Конструкции килых зданий. Сб. науч. тр. / ЦНИЙЭП жилища. -1987. - С. 23-27.

2. Загродский П.Ю. Экспериментальные исследования керамзито-бетонных стен при действии поперечной силы // Прочность, трещино-стойкость и дефорцативность стен крупнопанельных и монолитных зданий: Тез. докл. Всесоюз. конфер. (12-13.3.90 г.). - Пенза; 1990. -- С.26-27.

3. Загродский П.Ю. Исследование прочности керамзитобетонных монолитных стен на действие поперечных сил // Строительство и архитектура. Сейсмостойкое строительство, вып.7. - М.: ВНИИНТПИ, 1991.-

работах:

- С.26-29