автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность сплошных консолей стен при нагружении сосредоточенными силами

г \ т

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕЮУРНО-С1ТОИТШ1ЬНЫЙ

ИНСТИТУТ

, .. . На нравах рукописи

Викторов Валерий Васильевич

ПРОЧНОСТЬ СПЛОШНЫХ КОНСОЛЕЙ СТЕН ПРИ НАГРУЖЕН*™ СО СРЕДОТОЧЕННЫМИ СИЛАМИ.

Специальность 05.23.01 -Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации ня соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза - 1994

Работа выполнена на кафедре железобетонных конструкций Пензенского государственного архитектурно-строительного института.

Научный руководитель:

член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор Т. И. Баранова

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор A.C. Залесов, кандидат технических наук, доцент В. А. Комаров

Ведущее предприятие:

- институт "Пензгражданпроект"

Защита состоится

" / »де/сас/ы

t*4994 г. в

часов

на заседании диссертационного совета К 064.73.01 в Пензенском государственном архитектурно-строительном институте по адресу: г. Пенза, ул. Г.Титова, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенского государственного архитектурно-строительного института.

Автореферат разослан " <f " /¿gkgffiCc- igg4

г.

Совет направляет Вам для ознакомления данный автореферат и просит Ваши отзывы и замечания в 2-х экземплярах, заверенные печатью,.направлять по адресу:

440028, г. Пенза, ул. Г.Титова, 28. Пензенский государственный архитектурно-строительный институт.

Ученный секретарь диссертационного совета'К'054.73.01, _ канд.техн.наук, доц. у2аХУ ю.п. Скачков

Актуальность работы. В настоящий период экономического развития нашей страны одной из важнейших отраслей является строительство. При реализации республиканских и других программ одной из первых задач является совершенствование проектирования строительных конструкций.

Сплошные консоли стен широко используются при строительстве тоннелей и станций метрополитена, в диафрагмах жесткости каркасных зданий, в вертикальных опорах и подпорных стенках мостов и других конструкциях. На них передается вертикальная нагрузка от плит перекрытий. Сплошные консоли стен являются ответственными конструкциями, на армирование которых затрачивается до 207„ арматуры от общего расхода ка стены, которая, как правило, ставится по конструктивным требованиям.

В СНиП 2.03.01-84 отсутствуют рекомендации по расчету _ сплошных консолей, что создает значительные сложности при проектировании. Причиной такого положения является отсутствие информации о возможных видах разрушения, то есть отсутствие экспериментальных исследований, устанавливающих возможные виды разрушения сплошных консолей стен.

Для разработки и совершенствования . методов расчета и конструирования сплошных консолей стен необходимы исследования по целенаправленной программе. Таким образом, тема диссертационной работы является актуальной.

Цель работ заключалась в разработке ноеого и совершенствовании существующих .приближенных методов расчета, а также в разработке принципов армирования сплошных консолей стен при нагружении сосредоточенной нагрузкой. Разработанные методы расчета в значительной степени решат проблемы проектирования указанных конструкций.

Автор защищает:

- результаты анализа исследований, проведенных различными авторами, существующие конструктивные решения и результаты анализа методов расчета сплошных консолей стен, а также

,сплошных консолей ригелей, консолей колонн, то есть конструкций близких по характеру работы к сплошным консолям стен;

- сопоставление и оценку технического уровня зарубежных (ЕКБ) и отечественных (СНиП 2.03.01-84) норм в области проектирования консолей колонн;

- результаты экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния сплошных консолей, нагруженных сосредоточенной нагрузкой, при изменении процента армирования;

- результаты экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния сплошных консолей, нагруженных сосредоточенной нагрузкой, при изменении длины консоли;

- результаты исследования напряженно-деформированного состояния сплошных консолей стен численным методом на основе 1ШП АПЖБК (программа "Лира");

- разработанный метод расчета прочности сплошных консолей стен при нагружении сосредоточенными силами на основе кар-касно-стержневой модели по растянутому арматурному поясу и по сжатой наклонной полосе бетона;

- усовершенствованный метод расчета прочности сплошных консолей стен на основе нормативного метода расчета наклонных сечений,без поперечной арматуры при действии поперечной силы и при действии изгибающего момента;

- принцип рационального армирования сплошных консолей стен.

Научную новизну работы составляют:

- новые данные о характере работы, образовании и развитии трещин в бетоне, а также схемах раарушения сплошных консолей стен;

- выпиленные в результате физического и численного экспериментов особенности напряженно-деформированного состоянии сплошных консолей стен при изменении длины консоли и процента армирования;

- метод расчета прочности сплошных консолей стен по растянутому арматурному поясу и по сжатой полосе бетона на основе каркасно-стержневой модели;

- усовершенствованный метод расчета наклонных сечений сплошных консолей стен на действие поперечной силы и изгибающего момента с учетом пространственного характера расположения наклонной трещины;

- принцип рационального армирования сплошных консолей стен.

Практическое значение работ заключается в том, что предлагаемые методы расчета, обеспечивающие прочность и надежность сплошных консолей стен при нагружении сосредоточенной нагрузкой, могут быть использованы в практике проектирования. Разработанные методы оценки прочности повышают расчетную несущую способность, позволяют более эффективно использовать материалы, выбрать оптимальные варианты армирования и, в конечном счете, снизить расход материалов.

Разработанные методы расчета приняты в проект Норм следующего поколения.

Частично полученные результаты исследования внедрены при проектировании и строительстве станций метро в городе Москве, при проектировании диафрагм жесткости каркасных зданий в городе Пензе.

Апробация работ. Результаты диссертационной работы докладывались на научных конференциях и научно-методических семинарах в инженерно-строительных институтах гг. Москвы,-Пензы и Казани.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Объем работ. Диссертация состоит ив введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 167 стр. машинописного текста, содержит 10 таблиц, 79 рисунков и список литературы иа 99 наименований.

Работа выполнялась в Пензенском государственном архитектурно-строительном институте в 1991-1994 гг. на основе государственной межвузовской программы "Строительство" под руководством члена корреспондента РААСН, доктора технических наук Т.И.Барановой и кандидата технических наук Ю.П.Скачко-ва.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

В настоящее время в нашей стране и, по известным публикациям, за рубежом не проводились экспериментальные исследования сплошных консолей стен.

Исследованиям сплошных консолей ригелей посвящены работы М.С. Боришанского, А.С.Залесова, Б.М. Свердлова, А.К. Хав-кина и др. Результаты исследования коротких консолей колонн рассматривались в работах Г.Л. Баженова и В.А. Кудрина, Т.И. Барановой, К.И. Безухова, Н.Д. Быченкова, Л.Н. Зикеева, Ю.Н. Карнет, A.B. Кузина, А.П.Павлова, М.П. Фролова, В.Ф. За-лого, В.М. Чубрикова и др. За рубежом этими вопросами занимались G. Frans, Н. Niedenhoff, Q.N. Rani, L.B.Kris,

C.N.Raths, A. Mehmel, G. Becker, A.N. Mattock, К.С..Chen, A. Gorachek. Исследования консольных опор ригелей в нашей стране рассмотрены в работах Б.Н. Волынского, В.А. Комарова, A.C. Семченкова, Б.М. Свердлова и др. Из зарубежных наиболее известными являются исследования, которые проводили A.M. Mattock и Т.С. Chan.

На основе анализа рассмотренных методов расчета установлено два подхода к расчету сплошных консолей ригелей. Один из них основывается на расчете нормальных опорных сечений на действие изгибающего момента при определении количества растянутой арматуры и рекомендует определять высоту полки из расчета на срез опорного сечения. Другой подход при определении количества растянутой арматуры также использует расчет нормальных сечений. При этом учитывается совместная работа растянутого бетона и арматуры. Определение высоты полки ригеля производится из расчета на продавливание по трем сторонам. Ширина расчетного сечения и в том и в другом подходах определяется условно, исходя из размеров опорной площадки.

Рассмотренные методы расчета не отражают в полной мере физическую работу сплошных консолей ригелей, являются приближенными, не имеют достаточного экспериментального обоснования, не учитывают изменения длины консоли. Несмотря на указанные недостатки, работа сплошных консолей ригелей в значительной степени приближается к работе сплошных консолей стен. Поэтому целесообразно рассмотренные методы расчета использовать при совершенствовании расчета прочности сплошных консолей стен.

Что касается методов расчета консолей колонн, в Нормах СНиП 2.03.01-84, а также в Нормах EKB используется каркас-но-стержневая модель расчета, согласно которой прочность консоли определяется по растянутой зоне и по наклонной сжатой полосе. Эта модель в большей степени отражает действительную работу консолей, учитывает закономерности изменения разрушающей силы при изменении основных факторов - количества арматуры, размеров опорной площадки, вылета консоли и др.- и охватывает возможные виды разрушения консолей. Если учесть, что характер работы консолей колонн в большей степени приближается к характеру работы сплошных консолей стен, го можно сделать вывод, что при разработке метода расчета сплошных консолей стен целесообразно принять за основу рассмотренный подход к оценке прочности консолей колонн.

Проведен подробный анализ результатов сопоставления методов расчета и конструирования консолей колонн, принятых в зарубежных (EKB) и отечественных (СНиП 2.03.01-84) нормах. Принцип построения каркасно-стержневой модели, принятый в СНиП 2.03.01-84, является более простым. При этом каркас-но-стержневая модель СНиП 2.03.01-84 в большей степени учитывает влияние основных факторов и возможные виды разрушения консоли. Рассмотренная модель норм EKB более точно учитывает совместное действие вертикальных и горизонтальных сил, а также работу поперечной арматуры. Сделан вывод о том, что проведенное сопоставление подтверждает целесообразность использования каркасно-сгержневой модели для разработки метода расчета сплошных консолей стен.

В диссертации реализована программа, в которой предусмотрены два вида исследований - на основе физического и численного экспериментов. Схема программы показана на рис. 1.

Исследования на основе физического эксперимента включали в себя два направления. В первом направлении ставилась задача испытать образцы сплошных консолей стен при изменении длины консоли Ь и ожидаемом разрушении по растянутой зоне при коэффициенте продольного армирования ц.-0.1-0.2%. Во втором направлении ставилась задача испытать образцы сплошных консолей стен при изменении длины консоли Ь и ожидаемом разрушении по сжатой зоне при максимальном проценте армирования. М.-0.5Х.

Задачей численного эксперимента являлось исследование изменение характера напряженно-деформированного состояния сплошных консолей стен при сосредоточенном нагруженик в зависимости от изменения длины консоли. Численный эксперимент проводился на основе ППП АПЖБК (программа "Лира").

Для исследований указанных факторов, влияющих на прочность консолей, было изготовлено 16 фрагментов-образцов консольных стен с размерами консоли в натуральную величину. Испытываемые фрагменты разделены по сериям в зависимости от вида армирования. Было запроектировано 2 серии консольных стен: КС-1 и КС-2, которые отличались друг от друга коэффициентом продольного армирования. Каждая серия состоит из четырех фрагментов консолей стен с рабочей длиной 20, 40, 60 и 80 см. Вылет консоли равен 25 см., высота опорного сечения консоли - 50 см., угол наклона подрезки консоли - 45°. Базовые образцы каждой серии представляют собой короткую консоль колонны шириной 20 см. Все опытные образцы были изготовлены

СХЕМА

программы экспериментальных исследов аний.

физический эксперимент

Я

|Т]

11*

Т

д

■численный эксперимент

! И

-1-

■Н" 1

ИССЛЕДУЕМЫЕ ФАКТОРЫ,

разрушение по сжатому подкосу

ш

1

разрушение гго растянутом}- поясу

£

я ,я

±

^ь . еа . да

п

Рис, 1

- и -

из тяжелого бетона класса В-15 и армировались продольной рабочей арматурой класса А-III, равномерно распределенной по длине консоли. Таким образом обеспечивалась сопоставимость результатов испытаний при выявлении влияния длины консоли на ее прочность.

Экспериментальные исследования показали, что в образцах сплошных консолей стен с увеличением длины образуется пространственная /-»-образная в плане наклонная трещина, которая выделяет наиболее нагруженный массив бетона. На основе полей главных деформаций (главных напряжений), построенных по результатам экспериментальных исследований, выявлено, что главную роль в наиболее нагруженном массиве бетона играют главные сжимающие и главные растягивающие напряжения. Главные деформации укорочения (главные сжимающие напряжения) концентрируются в наклонный 'поток,'постоянный по ширине в направлении вылета консоли и переменной ширины в направлении длины сплошной консоли. Главные деформации удлинения (главные растягивающие напряжения) концентрируются в поток, расположенный у Еерхней грани консоли. Главные растягивающие напряжения изменяются по высоте консоли от максимальных значений у верхней грани до минимальных значений в нижней части оперного сечения. Длина сплошных консолей не влияет на размеры участка, в пределах которого концентрируются главные сжимающие напряжения в верхнем слое консоли. С увеличением длины консоли и удалением от верха консоли, ширина участка, в пределах которого концентрируются максимальные главные сжимающие напряжения, рассредотачивается и ограничивается в верхней части линией, проведенной из края опорной площадки под углом 45°. Значения максимальных напряжений внутри пото-

ка уменьшаются с удалением от центра тяжести груза. На расстоянии равном примерно 1.5 длины опорной площадки величиной этих напряжений можно пренебречь.

На основе анализа результатов эксперимента произведена классификация трещин в сплошных консолях стен. Характерными являются 4 вида трещин. Трещины первого вида - нормальные трещины в зоне опорного сечения консоли. Трещины второго вида - -образные пространственные трещины, отделяющие массив наиболее сжатого бетона от слабо нагруженного. Трещины третьего вида - вертикальные трещины, образующиеся под грузовой площадкой. Трещинами четвертого вида являются короткие прерывистые трещины, характерные для разрушения Сетона в пределах сжатой полосы.

Образцы консолей первой серии длиной ЬСЗЬзир разрушались по нормальной трещине первого вида, которая образовывалась в зоне верхнего опорного угла консоли, пересекая всю ее длину. При длине консоли Ь>ЗЬзир консоли разрушались по /-»-образной пространственной трещине второго вида, располагавшейся между опорной площадкой и стеной и выходящей на переднюю грань консоли.

Исследования показали, что деформации (напряжения) в арматурных стержнях, расположенных вдоль вылета консоли, распределяются почти равномерно. Наиболее напряженными являются арматурные стержни, расположенные в пределах участка длиной 1.5Ь3цр от центра тяжести грузовой площадки.

Образцы сплошных консолей стен, в которых количество продольной арматуры 0.5%, разрушались по растянутой зоне. При этом траектория разрушающей трещины с увеличением длины консоли изменялась, приобретая -образный характер.

Схема разрушения для образцов второй серии представляет собой разрушение сжатой гоны бетона. Разрушение сопровождается развитием серии вертикальных трещин, расположенных на передней грани консоли под грузовой площадкой. При этом образуется серия прерывистых трешш четвертого вида, характерных для раздавливания бетона. Характерно, что б большинстве случаев разрушение образцов сплошных консолей второй серии, как правило, сопровождалось развитием л-образной пространственной трещины, которая выделяет сжатую зону консоли от массива бетона исследуемых образцов.

Рис. 2

Характер образования трещин и вид разрушения сплошных консолей стен

- 14 -

Для обеих серий испытаний при увеличении длины сплошной консоли в два раза от Ьзир до 2Ьзир разрушающая нагрузка увеличивается примерно в 2.5 раза. При увеличении длины в 3 раза до ЗЬзир разрушающая нагрузка увеличивается примерно в 3.8 раза. При дальнейшем увеличении длины сплошной консоли разрушающая нагрузка остается примерно постоянной.

Для получения более полной информации о напряженно-деформированном состоянии сплошных консолей стен был произведен анализ результатов численного эксперимента.

Анализ полученных результатов показал, что картина распределения напряжений в бетоне по характеру одинакова с полученной в опытах. Подтверждаются границы характерных напряженных зон и сам характер напряженно-деформированного состояния. Анализ позволил сделать вывод, что главную роль в работе сплошных консолей стен 1 играют главные сжимающие и главные растягивающие напряжения.

В связи с тем. что на данном этапе опыт экспериментальных исследований весьма незначителен, были выбраны два направления метода расчета сплошных консолей. В качестве первого направления выбран метод расчета основывающийся на кар-касно-стержневой модели, которая используется в нормативном методе расчета консолей колонн. В качестве второго направления выбран нормативный подход к оценке прочности наклонных сечений изгибаемых элементов без поперечной арматуры.

С целью дальнейшего развития методов расчета при построении каркасно-стержнеЕой модели сплошных консолей стен ставилась задача не изменять принципа построения модели, принятой в Нормах для расчета консолей колонн. С этой целью ключевые точки расчетной схемы, угол наклона и ширина сжатой

полосы в направлении вылета консоли при расчете сплошных консолей принимаются по аналогии с нормативным методом расчета коротких консолей колонн.

Целесообразно работу сплошной консоли стен представить как работу каркасно-стержневой модели, согласно которой прочность сплошных консолей определяется прочностью сжатой зоны и растянутого арматурного пояса.

Предлагаемая расчетная модель показана на рис.2.

Особенностями каркасно-стержневой модели сплошных консолей стен является то, что с увеличением длины сплошной консоли изменяется форма и размер сжатой полосы бетона в направлении длины консоли. Ширина сжатой полосы поверху равна ширине грузовой площадки. Сечение полосы понизу увеличивается пропорционально росту длины сплошной консоли до длины Ь-ЗЬ-ир. С дальнейшим ростом длины консоли расчетная ширина полосы понизу остается постоянной, равной ЗЬзир. -

. Встает вопрос о выборе расчетного сечения сжатой полосы. Наименьшее поперечное сечение сжатой полосы нельзя принять за расчетное, поскольку оно располагается в области местного сжатия , то есть в зоне с повышенным сопротивлением бетона сжатию. С другой стороны, не изменяя положения расчетного сечения, нельзя учесть рост разрушающей силы с ростом длины сплошных консолей. Что касается нижнего сечения, то можно сказать следующее. Полная длина нижнего сечения сжатой полосы, попадающая в сжатую зону, не может приниматься в расчет, поскольку эпюра распределения сжимающих напряжений вдоль консоли имеет тенденцию к уменьшению к краям расчетной полосы. Исследования показали, что эпюра с максимальными сжимающими напряжениями расположена в пределах участка, дли-

ч

Рис. 3

Расчетная схема сплошных консолей стен при расчете на основе каркасно— стержневой модели

а) схема усилий;

б) предельное состояние по сжатой и растянутой зонам;

в) распределение сжимающих усилий по длине сплошных консолей;

г) распределение растягивающих усилий по длине сплошных консолей.

на которого равна примерно ЗЬ2Цр. Следовательно, расчетным сечением сжатой наклонной полосы для сплошных консолей, длина которых равна ЗЬзвд и более, будет сечение длиной равной ЗЬ3ир- В случае, когда длина сплошных консолей Ь<ЗЬ.зир, расчетным сечением будет являться сечение с длиной равной соответственной длине консоли.

Предельным состоянием по расчетной сжатой полосе считается состояние, когда величина сопротивления в бетоне расчетного сечения наклонной полосы становился равной гь'»'ы-ЛЬ (рис. 2).

На основании рассмотренной расчетной схемы составлены следующие расчетные зависимости для расчета по сжатой зоне:

где величины 8, Ьо, Ьзир, и а показаны на рис. 2; Гь - коэффициент условий работы, равный 0.8; Гы - коэффициент, назначение и способ определения которого рассматривается ниже; Ьх - длина сжатой полосы на расстоянии х от верха консоли,. определяется по формуле (2) и принимается не более Ь и не более ЗЬзир;

Экспериментально установлено, что массив бетона, окружающий сжатую полосу, оказывает значительное влияние на прочность консоли. Для количественной оценки этого влияния предлагается коэффициент *ъъ он определяется по предлагаемой зависимости:

(1)

Ьх - Ьсшр + 2х.

(2)

"ГЫ ~ 1 + ГЬЬ + ты.

(3)

где гы и гьь ~ коэффициенты, учитывающие влияние массива бетона в направлении вылета и длины консоли, определяются по формулам (4 и 5):

Ьо

гы = /-:-, (4)

зир

Ьх - Ь3ир

Гьь - / -, (5)

Ьзир

где iSup) Ьзир, Ьо - см. рис. 2;

Другой особенностью расчетной модели сплошных консолей стен является особенность работы растянутой зоны. Как говорилось выше, наиболее, нагруженными являются стержни, попавшие в трещину, по которой происходит разрушение растянутой зоны. Предельным состоянием в расчетной каркасно-стержневой модели по растянутой зоне будет состояние, когда напряжения в стержнях, попавших в трещину, достигают предельных значений Гз-Яз-

Усшше, возникающее е арматурных стержнях, заменяется на усилие, отнесенное к единице длины консоли - д3:

Кз'4з

д3--, (6).

где б - шаг продольных арматурных стержней консоли. Расчетное усилие в арматуре определяется как произведение распределенного усилия в арматуре на расчетную длину растянутого пояса консоли. В качестве расчетной.длины растянутого пояса ¿¡1 принимается проекция разрушающей трещины:

Ь1-Ь3ир+21ь

(?)

где 11, Ьзир - см. рис. 2. Расчетная зависимость имеет вид:'

(8)

где Гз1 ~ коэффициент, учитывающий наличие крайнего стержня, не участвующего расчете, влияние арматурных стержней, огибающих контур консоли, нагельное влияние арматуры расположенной по длине консоли, косвенное влияние стержней, не попавших в расчетное сечение, определяется по формуле:

Сопоставление результатов расчета по предлагаемым зависимостям (1 и 8) с опытами показывает хорошее приближение расчетных величин к опытным. Соотношение величин опытной и расчетной несущей способности составляет при расчете по растянутой зоне 1.35, по сжатой полосе - 1.05.

В качестве второго направления развития метода расчета сплошных консолей стен предлагается использовать подход, принятый в СНиП 2.03.01-84 для оценки прочности наклонных сечений без поперечной арматуры.

При действии поперечной силы предлагается зависимость:

(9)

Ло

Ц С !РЬ4-Яьъ-Ль--< 2.5-/?ьъ-Аь.

С1

(10)

- 20 -

При действии изгибающего момента предлагается зависимость :

<3 < ге-г31-<7э-Ь1 —. (-11)

а

Чтобы учесть, что наклонное сечение сплошных консолей стен представляет собой наклонную пространственную »-»-образную в плане трещину, в зависимость (10) вводится рабочая .площадь наклонного сечения Аъ.

Аь - Аы + Аьг, < (12)

где Аы и Ль2 - площади центральной и боковых поверхностей разрушающей трещины, определяются по формулам (12 и 13);

( "sup т ь>1 \

Аы - [ --- J-fto. (13)

Дь2 -«•(! + 8')'Jfbo, (14)

здесь и - угловой коэффициент, учитывающий угол поворота боковой поверхности трещины относительно стены, принимается равным 1.4;

б' - коэффициент, учитывающий наличие подрезки в консоли определяется по формуле (14), принимается не более hoi/ho;

2 2

8 ---, (15)

h+h'

здесь геометрические размеры h',i2,bSUp,bi' показаны на рис.3;

- 21 -

Для определения горизонтальной проекции наклонной пространственной трещины предлагается зависимость (16):

С1 - /(а - 1эир/2)2 + (¿1'/'¿У', (16)

где геометрические размеры а, 1зир, Ь\ показаны на рис.3.

В зависимости (11) Гз1 - коэффициент, определяемый по формуле (9); 2 - плечо внутренней пары сил принимается равным 0.9-Ьо; яв ~ усилие в арматурных стержнях, отнесенное к единице длины консоли, определяется по формуле (6); Ьа -расчетная длина растянутого пояса консоли, определяется по формуле (7).

Сопоставление результатов расчета по зависимостям (10,11) с опытами показывает хорошее приближение расчетных зависимостей к опытным. Соотношение Ееличин опытной и расчетной несущей способности составляет при расчете по растянутой зоне 1.30, по сжатой полосе - 1.10.

Проведенные исследования и разработанные методы расчета позволяют выявить следующие принципы конструирования сплошных консолей.

При небольших нагрузках армирование сплошных консолей стен рекомендуется производить растянутыми арматурными стержнями, равномерно распределенными вдоль вылета консоли, при надежном их заанкеривании по концам. В тяжело нагруженных сплошных консолях продольные арматурные стержни необходимо сконцентрировать под грузовой площадкой на участке длиной равной утроенной длине грузовой площадки. Для повышения сопротивления образованию трещин под грузовой площадкой рекомендуется использовать продольные стержни, расположенные у свободной грани консоли в средней части по высоте сечения.

Рис. 4-,

Расчетная схема для расчета наклонных сечений сплошных консолей стен.

Длину указанных продольных стержней с учетом их анкеровки целесообразно принимать равной длине опорной площадки, увеличенной в 5-6 раз. Для повышения прочности сжатой наклонной полосы бетона в сплошных консолях целесообразно использовать поперечную арматуру, применяемую для армирования консолей колонн.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Экспериментально выявлены два вида разрушения сплошных консолей стен. Первый вид - разрушение по растянутой зоне при образовании трещины в опорном сечении консоли, которая с увеличением длины сплошных консолей отклоняется от вертикали и принимает пространственное очертание с /-»-образной горизонтальной проекцией. Второй вид - разрушение по сжатой зоне бетона, расположенной между грузовой площадкой и нижним опорным сечением консоли и имеющей переменную ширину в продольном направлении. Разрушение происходит при активном образовании и развитии трещин в нижней части консоли с одновременным образованием пространственной наклонной трещины, выделяющей сжатую зону от основной массы бетона.

2. Увеличение длины сплошных консолей стен от Ьзир до ЗЬ3ир повышает их прочность по растянутой и сжатой зоне в 3.8 раза. Дальнейший рост длины консоли на величину разрушающей нагрузки влияния не оказывает.

3. Увеличение количества продольной арматуры от ц-0.1% до ij.-0.5Z повышает прочность растянутой зоны сплошной консоли пропорционально росту коэффициента армирования.

4. Анализ напряженно-деформированного состояния сплошных консолей стен, проведенный на основе результатов фиэи-

ческого и численного экспериментов, показывает, что главную роль в работе сплошных консолей стен играют главные сжимающие и главные растягивающие напряжения, которые концентрируются в наклонные и горизонтальные потоки. Наклонные зоны, в пределах которых концентрируются потоки главных сжимающих напряжений, расположены между грузовой площадкой и нижним опорным углом консоли. В направлении длины консоли сжатая наклонная зона имеет минимальную ширину под грузовой площадкой и максимальное значение в нижнем опорном сечении консоли. При этом границы - линии, выделяющие сжатую наклонную полосу, наклонены к горизонтали под углом в 45°. Максимальные растягивающие напряжения расположены в верхней части опорного сечения консоли

5. В результате отсутствия опыта экспериментальных исследований. целесообразно выбрать два направления метода расчета сплошных консолей стен. В качестве первого предлагается метод расчета, основанный на каркасно-стержневой модели. В качестве второго направления предлагается усовершенствованный метод оценки прочности наклонных сечений без поперечной арматуры (СНиП 2.03.01-84).

6. Расчет прочности сплошных консолей стен на основе каркасно-стержневой модели следует производить по наклонной сжатой полосе бетона и растянутому арматурному поясу по зависимостям (1 и 8). Расчетная наклонная полоса бетона в каркасно- стержневой модели сплошных консолей стен имеет переменное сечение по высоте консоли, и, в целом, трапециевидное очертание в направлении длины сплошных консолей. Растянутый арматурный пояс включает в себя арматуру, пересекаемую о-образной з плане трещиной, что соответствует наибольшему размеру сечения наклонной полосы.

- 25 -

7. Расчет сплошных консолей стен на основе усовершенствованного метода расчета наклонных сечений следует производить на действие поперечной силы и действие изгибающего момента по предлагаемым зависимостям (10 и 11). В предлагаемых зависимостях учитывается пространственный характер наклонной трещины сплошных консолей стен.

8. Метод ' расчета на основе каркасно-стержневой модели является наиболее перспективным, отражает физическую работу сплошных консолей стен и закономерность изменения разрушающей силы при увеличении длины консоли,облегчает процесс проектирования, хорошо согласуется с опытом. Среднее значение отклонений Скез1:/3са1с составляет 1.14.

9. Усовершенствованный нормативный метод расчета наклонных сечений сплошных консолей стен является в большей степени эмпирическим, обеспечивает высокую гарантию безопасности и в настоящее время может быть первым востребован в практике проектирования на данном этапе исследований. Предлагаемые зависимости хорошо согласуются с опытом. Среднее значение отклонений СЬ:ез^Чса1с составляет 1.19.

10. Предлагаемые принципы армирования и конструктивные формы сплошных консолей стен позволяют разрабатывать варианты армирования, которые обеспечат экономию бетона и арматуры.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Баранова Т.И. Сергеев А.Е. Викторов В.В. Расчет и конструирование сплошных консолей стен. - ВНИИС №б-89.

2. Баранова Т.И. Лаврова О.В. Викторов В.В. Совершенствование расчета и конструирования стен с консолями. - Материалы всесоюзной конференции "Прочность, трещиностойкость и де-

формативность стек крупнопанельных и монолитных зданий." Пенза 1990.

3. Баранова Т. И. Колчина О.Н. Лаврова О.В. Викторов В.В. Снижение материалоемкости в ростверках свайных фундаментов с шахматным расположением свай. - Информационный листок. Пенза ДНТИ №30-91.

4. Баранова Т.И. Колчина О.Н. Лаврова О.В. Викторов В.В. Снижение материалоемкости в ростверках свайных фундаментов с однорядным расположением сгай. - Информационный листок. Пенза ЦНТИ №35-91.

5. Викторов В.В. Прочность консольных опор при локальном нагружении. - Материалы конференции "Изучение действительной работы конструкций с учетом условий и сроков эксплуатации." Пенза 1992.

6. Баранова Т.И. Викторов В.В. Сопоставление методов рас--чета коротких консолей СНиП 2.03.01-84 и норм ЕКБ-ФИП. - Бетон и железобетон. №ю 1992. с. 14-16.

7. Баранова Т.И. Скачков Ю.П., Викторов В.В. Проблемы проектирования сплошных консолей стен и балок. -' Тезисы докладов XXVII научно-технической конференции российских вузов. Пенза 1993, с.39.

8. Баранова Т.И. Викторов В.В. Прочность сплошных консолей стен при локальном нагружении. - Информационный листок. Пенза ЦНТИ №313-93.

Викторов Валерий Васильевич

I

ПРОЧНОСТЬ СПЛОШНЫХ КОНСОЛЕЙ СТЕН ПРИ НАГРУ1ЕНИИ СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ СИЛАМИ

Специальность: 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат

Подписано к печати 4.11.94 г. Бумага газетная. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Объем 1 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ N 399. Бесплатно.

Множительный участок Пензенского государственного архитектурно-строительного института. 440028, г. Пенза, ул. Титова, 28.