автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Влияние формы отсекателя и вида нагружения на сдвиговую жесткость и несущую способность стыков монолитных бетонных стен

ч . ^ ч %

ВИЛЬНЮССКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах, рукописи

РАСЛАНАС Саулюс Брониславович УДК 624. 012. 4: 624. 078. 4: 539. 4: 692. 21. (043)

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ОТСЕКАТЕЛЯ И ВИДА НАГРУЖЕНИЯ НА СДВИГОВУЮ ЖЁСТКОСТЬ И НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ СТЫКОВ МОНОЛИТНЫХ БЕТОННЫХ СТЕН

05. 23. 01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВИЛЬНЮС .ТЕХНИКА" 1992

Работа выполнена на кафедре железобетонных конструкций Вильнюсского технического университет4»

Научный руководитель -

Официальные оппоненты

академик АН Литвы, диктор технических наук»

профессор А.П. КУДЗИС

- доктор технических наук, профессор Н.И. КАРПЕНКО кандидат технических наук, доцент В. ВИРШИЛАС

Ведущая организация - Экспериментальное комерческое строительно - проектной государственное предприятие "ЕКЕРО"

А

Зашита диссертации состоится £6 июня 109Й г. в 10 часов на заседании специализированного соЕ<ета К 001.03.01 & Вильнюсском техническом университете по адресу:

2320Е54, г. Вильнюс, Саулетекио ал. И. в зале заседаний С днссертацнев можно ознакомиться в библиотеке университета, г. Вильнюс, ул. Диджеи, 70

Автореферат разослан мая 199с: г.

Учении секретарь -п^ииали^нрованнсго совета

д т.ч . , проф. Л .А. МАЦХЭЛЯВИЧЮС

ОБМАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Практика проектирования и строительства

здания из монолитного бетона в Литве подтвердила возможности этого вида домостроения в решении градостроительных задач и Повышения уровня архитектуры массовой городской застройки, сокращения единовременных затрат в производственную базу, материальных, знергетич&ских и трудовых ресурсов.

Современное состояние научных исследований в области монолитного домостроения характеризуется решением проблем по обеспечиванию экономичности и технологичности конструктивных решения.

В Вильнюсском техническом университете созданы »овые эффективные конструктивные решения вертикальных стыков. В качестве конструктивного элемента применяется разделительный отсекатель из асбесгоцеыентного листа разного профиля: плоского, крестообразного, волнистого или фигурного.

Следует отметить, что основное назначение вертикальных стыковых соединения состоит в восприятии сдвигающих усилия, возникающих в местах сопряжения стен от различных воздействий, основными из которых являются температурно — влажностные, ветровые и сейсмические. Как элементы несущей системы здания стыковые соединения должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных состояний: по несущей способности и по непригодности к нормальной эксплуатации Счрезмерные перемещения, взаимны© сдвиги, раскрытия трещин и т.п.}.

Несмотря на актуальность проблемы стыков, исследований в области работы вертикальных стыков монолитных стен из Сетонов разные видов выполнено крайне мало. Целенаправленные изучения работы таких соединений при малоцикловом знакопеременном

нагру жопки практически отсутстоуот. Поэтому накопление-экспериментальных данных по работе таких стыков под нагрузкой является важной задачей и необходимым условием для ссоерыеыстэования монолитного домостроений.

Целью диссертационной работы является исследование влияния

формы отсакателя н вида нагружения на сдвиговую жесткость и несуаую сгособность стыков монолитных бетонных стан. Поэтому Сии намечено:

- экспериментально исследовать прочностные и деформативные характеристики стыков в зависимости от формы асбестоцементного отсекателя Скр^стообразного и волнистого!) при монотонном стационарном нагружении;

установить характер и степень влияния малоциклового знакопеременного нагружения на прочность и деформативносгь

СТЫКОЕг;

разработать методику расчета вертикальных стеновых соединений по несудеп способности и по деформациям, подвергаемых к сдвигу при монотонной и малоцикловой знакопеременной иагрузк

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:

1. Новые экспериментальные данные о несущей способности и жесткости стыков с крестообразными асбестоцоментными отсекателям; монолитных стек при монотонном статистическом нагружении.

2. Новые экспериментальные данные о несущей способности и жесткости шпоночных стыков, подвергнутых знакопеременному нагруженио.

3. Феноменологические модели деформирования стыков с волнистыми асбестоцеменгными отсекателями при малоцикловом знакопеременном нагруженин.

4. Физическая модель передачи сдвигающих усилия в доль понерхнчетн с регулярными волнистыми неровностями при малоипклооом знакопеременном нагружении.

3. Инжннерныв методы расчета споночных стыков по мосупвв способности и по перемещениям при малоцикловом знакопеременном нагруженин.

в. Вероятностная оценка над&хгности стеновых стыков по несущей способности на сдвиг.

Практическая ценность работы. На основе результатов

экспериментально - теоретических исследования' установлено, что вертикальнып стык с волнистым йсйестоцеиенгкым отсекателем вполне может быть испольооан для соединения онутронних и наружных стен из разных видов монолитного бетона. Конструкция таких стыков является технологически прмемлиыоя и над&жноя при малоцикловсм эиакопвромпнном нагруженин. Разработана мэгоднка расмота по несуцог! способности и по вертикальным и горизонтальным взаимным смещением стеновых соединения монолитных стен о зависимости от уровня и количества малоц:1клооого нагрухс*?ния.

Внедрение работы. Результаты работы внедрены в практике

монолитного домостроения яг объектах обърдкнення "Монояктгс", а такжг? оклрчоны в Роспублнканскип каталог "Тйпоэые детали л кзлы жилых монолитных зданий ЛР", комплекс 0390.4.1.

Апробация рабогы. Основные» вопросы и научные результаты

диссертационно!! ра5оты докладывались и обсуждались на республиканских конференциях по делам строительства в 1987 ... 1992 гг., на ^союзном семинаре "Новые конструктивные формы несущих систем многоэтажных здании" в г. Минске С1937 г.З

Публикации. Основные положения диссертационно!! работы

опубликованы в 4 работах.

Структура и объем работы. Днссэртацнонная работа состоит из

введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 170 наименовании, приложения и содержит 183 страниц машинописного текста, а том число ЮО страниц основной части, 73 рисунков, 21 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен обзор литературы по результатам

экспериментальных и теоретических исследований прочности бетона

на срез Струды О.Я. Берга, A.A. Гвоздева, В.П. Митрофанова, А.П.

Кудзиса, Я.В. Столярова, О. Графа, Н. Мора, Э. Мерша, М.П.

Нильсона и др.М , в том числе при малоцикловом нагружении Струды

Е.М. Бабича, НИ. Карпенко, А.Я. Яшина, Д.Р. Майлана, А.П.

Погореляка, У. Ге-роенка, П. Десай, Л.Д. Лима, И.Д. Карзана и

др.Э. Сделается вывод, что для стенки прочности бетона на срез

R чаде всего используется выражение Мора. ьч

Анализируются работы, посвященные проблеме сопротивления стыков к сдвигу по берегам трещины Струды D.A. Гутковского, В.Г. Попова, Н.Г. Мартыновой, П. Бнркеланда и Г. Биркеланда, Дж. Вальравена, П. Джерджели, . Р. Джнменоса, А. Маттока, Е. Винтцелеу и др.5.

Рассматривается несущая способность к жесткость на сдвиг при монотонном и ыалоиикловом нагружении вертикальных соединения степ бескаркасных здания Струды П.А. Бибришееа, H.H. Коровину совместно с B.C. Еськовым, В.И. Лцшака, Н.Г. Мартыновой, В.Г. Попова, Я.Г. Сунгатулина, ГГ. Щорохова. Д. Пуме, Е. Горачека. М.

> И. Витзанн| М. ПОммере, С. Ольсена, К. Хансена, С. Цукантоса, Б. Левицкого и др.5. Отмечается наличие малого «оличес; за данных о работе таких стыков и их расчете при циклических нагруженнях.

So второй главе описаны материалы, опытные образцы и

методика проведения экспериментов по вертикальным стыкам стен из ионе штного бетона различных видов Стяжелого и керамзитобитонаЭ с асбестоцсментными отсекателямн С рис. 15.

Наготовлено и испытано 10 фрагментов стыков в том числе группы А - образны с крестообразными отсекателямн С рис. 1,аЭ, и группы В - с волнистыми отсекателями Срис. 1,65. В процессе испытаний измерялись деформации бетонов и стержней горизонта льной арматуры, а также взаимные вертикальные s и горизонтальные w смешения стыкуемых сть.ювых элементов. Выявлено преимущество стыков с волнистыми отсекателями.

U

Рис. 1. Фрагменты вертикг льных стыков наружных и внутренних монолитных стен из различных видов бетонов с крестообразным СаЭ и волнистым СбЭ асбестоцементнЬм отсекателем: 1 - элемент наружной керамзитобетоннов стены; а - -элемент внутренней стены из тяжелого бетона; 3,4 - отсекатели; 5 - горизонтальная арматура

Отмечены три стадии Сулругая, упругопластическая и пластическая} работы таких стыков при сдвиге. Выявлено, что стыки с волнистыми асбестоцеуентными отсекателями разрушаются в результате смещения стеновых элементов вдоль поверхности сдвига, состоящей из трещин в более слабом бетоне н в его контакте с асбестоцементным листом. При наличии горизонтальной арматуры обеспечивается совместная работа стыков практически до разрушающей стадии. Отсутствие сцепления между асбестоцементным отсекателвм и керамзитбетоном наружной стены практически не оказывает влияния на несущую способность стыков, однако приводит к снижению их жесткости при сдвиге.

8 третьей главе представлены результаты исследований 3£

фрагментов стыков стен группы Б, подвергнутых предварительному

малоциклоиому знакопеременному статическому нагруж«нию.

При планировании эксперимента использовалась матрица

трехуравневого плана Зг. относительная интенсивность

четырехкратного циклического нагружения составила О , у О =

'_ус1. вЬ.и

0,3; 0,3; 0,7, исходя из того, что образование контактных трещин

В зоне стыка происходило при усилии О й 0.6-0 . По

©>) вКи

рекомендациям ЦНИИЭП жилища класс хер&мзитбетона В 7,3 был нижним уровнем варьирования его прочности.

Для испытания фрагментов была предложена методика, позволяющая создавать как статическое монотонно возрастающее, так знакопеременное сдвигающие усилие ъ стыке.

Рис. 2. Опытные Зависимости взаимного вертикального смещения стеновых элементов з от сдвигающего усилия О опытного образца ФШ-1-3 при уровне циклического нагружения СЗсус1 / = 0,7: 1 ... 8 номера

полуциклов

Опыты показали, что при малоцикловом знакопеременном

нагружении кривая сдвиговых деформаций шпоночного стыка носит

характер петли гистеризиса Срис. 23. С ростом числа циклов

чагружения происходит постепенное снижение жесткости стыков. При

относительной нагрузке О , ^ <5 . > 0,5 стабильность работы

сус1 вН.и

стыков может не обеспечиваться.

Выявлено, что несущая способность 0 , и жесткость кг стыков три сдвиге в основном зависит от прочности керамзйтбетона Е Сеслй зна меньше чем тяжелого} и относительной интенсивности нагружемия ^ ®яЬи' ° Чвм сви-а'этельс:тв5"от уравнения регрессии:

= 573,9 + 145,е Га ,УС1. ] - 30.9 К -

эЬ.и ^ с ус . эп,и}

- 309,в Га У<2 ^ 1 +■ 1,83 Й2 , С15

(_ сус1 вЬ.и)

к = 15,8 - 40,3 Га Л, ] - 0.08 Й +

1 ^ сус1 «НдаЗ

+ 29,5 Га /о, 1 + о.ооз к2 . • сгэ

^ сус1 зЬ.и}

к = 13,1 - 39,8 Го уо. . 1 - 0,13 К +

2 ^ суЫ ЗГ(,и)

* 20,3 Го ] + о.ооз лг . сзз

суЫ зЬ.и)

к = 13,3 - £1,8 Го Л. 1 - 0.43 К +

3 ^ сус1 еп.и)

+ 13.7 Г<5 /О. ] + 0,015 К2 С4Э

^ сус1 «Кд*^

к ао.э Го • /0. . 1 ~ О.ЭЙ К +

4 сус1 эЬ.и)

+ 0,01 к

СБЗ

к5 = 0,4 - 18 \Q__yQ.

Го уо.. 1 - 0.23 К: +

Ц суск эп,и)

11,г [сг ,/ск! + о.оо8 я* . сез

^ сус1 эп.иJ

При О , О > 0,8 снижение жесткости стыков составляет сус1

до 90 С повышением прочности керамзитобетона наружной стены предельные деформации сдвига стыков увеличиваются.

Установлено, что предварительная трещина между отсекателями и керамэитобетоноы наружной стены не оказывает влияния на несущую способность стыков после малоциклового нагружения, однако приводит к снижению жесткости при сдвиге на 30 У,.

В четвертой главе анализируется вариант феноменологической

модели автора, предложенной для описания процесса деформирования шпоночных стыков при малоцикловом знакопеременном сдвигающем н'агружении..

После п - го нагружения относительное снижение жесткости стыков

»). = к ✓ к » 1 - р /и С < I* < 19 МПа

к п * 1

2 < п < 5 С75

Эд^сь к^,. к^ - жесткось стыков при п - том и первом цикле

нагружения; р = 0,Е4 и 0,18 '- эмпирический коэффициент при

усилиях сдвига О , соответственно меньше и больше усилия сус1

трешинообразования Й>Ьсгс-

Относительно® увеличение вертикального смещения стыкуемы: стеновых элементов

Т)^ - я = \ СО,17 п + 0,843, С83

гдЬ

+

X = 0,18 0,014 К, С0>

- коэффициент, учитывающий влияние прочности более слабого бетона на величину сдвига.

Относительное увеличение горизонтального смещения стыков

„ = у, = i + 0,012 R У п-1 . СЮ>

V П 1

Установлено, что несущая способность шпоночных стыков стен при однократном нагруже* ии составляет

Г tg рю= 1

I1 ~ ч+ ^ J "п*

Q,h.u = °»ьл 1 " tg се, H- pS * \ Rb Ae.voc

.+■ R A tg *>; . С11Э

y «,tr loc

Здесь n^ k ~ усилие, воспринимаемое сопротивлением к

срезу; n, R. А , - усилие, воспринимаемое сопротивлением к к Ь с,1ос

смятию; Е^ \1г ^ьес ~ Усилив» воспринимаемое трением

поверхностей трещин, где R^ - предел текучести арматурной стали, - площадь сечения арматурных стержней, р =30* - угол внутреннего трения более слабого бетона.

Снижение несущей способности стыков вследствие* малоциклового знакопеременного нагружения рекомендуется учитывать путем применения коэффициента условия работы

'eyel = 1ЛЗ - °-32 Qcycv ' <W "Р" 5 £0'7 ' С1а3

*h,u

где Q____ / Q. - относительная интенсивность циклической

CycL sh,u -

нагрузки. ,

Приемлимость.расчетной методики подтверждается графиком на рис. Э. По ,Бейевской теории выполнена вероятностная оценка достоверности расчетной формулы для оценки несущей способности шпоночных стыков и показано ее приемлимость а вероятностной обеспеченностью более 00 Я.

ЧвМЬв^вЬ.са!

и

0.3 05 0,7 асус,/я4н.и

Рис, 3. График зависимости соотношения опытных С2 и расчетных

ыЬ.оЬа

Связь между сдвигающим усилиям О ь и вертикальным смещением

ап

чековых элементов й представлена в виде ломанной кривой Срис. 4>.

а. . по С11Э. С123 несущих способностей стыков при срезе

Рн. 4

При нагрузке, составляющей 50, 90 и 100 'Л от разрушающей, жесткость стыков

к = Ьд а 0,13 в А / Л . С135

к = Ьд а - А СО,23 И + 3,34 Ь м - 1,245-10? С145 о,р а 2 ь у ^

к = Ьд а = А . СО. 12 К,. * 0,63 Р: ¿1 - 0,235-Ю? С1Э5 и эЬ Ь у

Здесь в - модуль сдвига керамзитбетона; А - площадь среза стыка, ~ глубина шпонки; 1?ь - призменная прочность более слабого бетона; ц - коэффициент армирования. Тогда по графику на рис. 4 в любой стадии нагружения показатели жесткости стыков йляяюгся величины

к = 1д а = к по С65 при О /0. . < О.в » С1вЭ

О—А 1 0,3 сус1 вП.Ц

к к 0 ./О.

С15 сус1 аЬ,и

к = -

А-В

0,5 к + СО /й . -0,35 к

рх су о I вЬ.а о.з

при 0,3 < о . < 0,9 , С175

сус1 аЬ.и

к к О /<Х О,?» <р2 сус1 аЬ.и кв_с . -

0,9 к + со усх ^ - 0,95 к

рг су с I аЬ.и о.«>

при 0,9<О ,/Й. <1. С105

сус1 эп.и

Здесь условные параметры

~ 0,s к к /• fk - 0,3 к 1, С195

pi О.Р 0,5 (_ 0,3 0.i>J

к = О, 5 к к / fk - 0,5 к "). С205

При г» - том цикле нагружения взаимное вертикальное смещение монолитных стен

э = |<2 У к I г) , С215

s = Г<2 , / к ] D,

г» ^ cycl - J s

где Г)н ~ по С 85 и С95; к - по С165, С175, С185.

В п - том цикле нагружения взаимное горизонтальное смещение

стен

С 225

Здесь г> - относительное увеличение смещения по С105,

щ = ш tg С 235

- горизонтальное смещение в первом цикле нагружения, где

10 = 1-1? сг4:> У Ь

коэффициент, учитывающий снижение смещения от смятия неровностей на контактной поверхности стыка.

Для лотоматизированного расчета стыков по деформациям составлена программа "ИАгвЛв". Графики на рис, 5 подтверждает приемлимость наших Предположении расчета стыков по деформациям при малоииклоаом сдвиге.

5П,оЬз'5П(о1 1,2

1,0

0,0

*п.оЬ$/уЧсо1

и

1.0

0,8

1

г >

....... ^ : ► р ^

Т

5 П

5 п

[С. 9. Сопоставление опытных и расчетных значений вертикальных СаЗ и горизонтальных СбЗ смещений элементов стен в стыках при действии малоцикловой знакопеременной нагрузки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведен анализ по литературным данным, посвященным вопросом конструирования и исследования вертикальных стеновы:.- соединений. Выявлена целесообразность применения в многоэтажных зданиях шпоночных вертикальных стыков наружных стеь из керамьитобеюна и внутренних из тяжелого бетона.

Изучена работа под статической нагрузкой вертикальных стеновых стыков с крестообразными и волнистыми асбестоцементными отсекателями и показано преимущество последних. Выявлены стадии работы и процесс деформирования стыков с волнистыми отсекателями к горизонтальной ст&ггхневоп арматурой при сдвиге. Показано влияние прочности керамоигобетона на несущую способность таких сынов.

Опытами установлено, что при малоциклоэом знакопеременном нагружении шпоночные стеновые стыки с отсекателями в виде волнистого асбестоцемонта.ибеепечиэают совместную работу нарух;ны: внутренних стен практически до стадии разрушения. Причем малоцикловая нагруог-а не влияет на несущую способность таких стыков при ой интенсивности, нопрег>ышаоо'.еП 30 % от несуаеп способности стыков При атом установлено наличие циклической стабильности процесса их деформирования.

Изучено влияние циклической нагруоки, составляющей 30, 50 и 70 от раэрушаоаея, а такке прочности керамзитобетона на несущую способность и жесткость таких стыков.

Предложены феноменологическая и физическая модели деформирования епоночных стыков. позволяющая определять вертикальные и горизонтальные взаимные смещения стеновых *>ломентов. С учетом условия работы шпоночных стыков пои малоциклоеом знакопеременном нагружении разрацотана методика их расчета по несущей способности н деформациям с предложением соответствующих формул и программы "МА2вА5".

Опыты проводились над фрагментами стеновых соединений го методу планирования эксперимента. Достоверность формулы для расчет» шпоночных стыков по несущей способности определялась с учетом рекомендация теории рероятносеп.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Попов Ь.Г., Расланас С.Б. Вертикальные стыки монолитных

стен с асбетоцементными связями сдвига ss Новые конструктиачыэ формы несущих систем многоэтажных зданий: Теэ. докл. Всесоюзного семинара. Минск, 1S07, с. Э.

2. . Расланас С.В., Нудзис А.П. Исследование прочности и жесткости вертикальных стыков с асбест.оцементными связями сдвига наружных и внутренних монолитных стен, подвергнутых малоцикловому знакопеременному нагружению ss Проблемы соэераенствования строительных материалов, конструкция и оснований'. Тез. докл. респ. конф. Вильнюс, 1889, с. 47 - 48.

3. V. Popovas, S. Raslanas, J. Sidaravleius. Monolitlni о betono vldaus lr iSorfes sienu. vertikaliu sanddru problemos // Statybiniy konstrukciju tyrlrao rezultatu Adieglmas, naujos statybines medziagos lr naujl pamatai Lletuvoje: Pran. tez. resp. konf. Vilnius, 1S90, p. 10 - 11.

4. A. Kudzys, V, Popovas, S. Raslanas. Wall Connections of Cast - in - situ Different Nature Concrete KonstrukciJos lr pagrindal / VTU, Vilnius, 1091, p. 55 - 69.

ы