Е. С. МАНИСКЕВИЧ, канд. техн. наук, С. 3. АБДУЛИН, инж. (НИИСК), Прочность и характер разрушения полок ребристых плит перекрытий от нагрузок подвижного транспорта
При эксплуатации многоэтажных производственных зданий различного функционального назначения в соответствии с технологией производства зачастую предусматривается применение напольного подвижного транспорта. В этих условиях к конструкциям междуэтажных перекрытий предъявляются дополнительные требования по обеспечению эксплуатационной надежности при действии нагрузок от транспортного средства.
Существующие типовые железобетонные ребристые плиты перекрытий серии ИИ 24-9 можно использовать для устройства перекрытий только под подвижный транспорт грузоподъемностью до 0,75 т при соответствующем армировании полок. При необходимости эксплуатации на перекрытиях подвижного транспорта большей грузоподъемности, как правило, предусматривают усиление перекрытий армированной набетонкой, что приводит к повышению их материалоемкости.
Основная причина такого положения заключается в том, что при проектировании перекрытий под сосредоточенные нагрузки, создаваемые транспортным средством, не учитывается пространственная работа полок перекрытий (деформированная схема и действие усилий распора), а также влияние конструкций пола, т. е. реальные условия эксплуатации плит в составе перекрытий.
Следует также учитывать, что для полок плит, оконтуренных ребрами и загруженных сосредоточенной нагрузкой, возможны два вида разрушения: от изгиба либо от продавливания. Несущая способность конструкции будет определяться нагрузкой, при которой раньше реализуется один из видов предельного состояния (исчерпание сопротивления изгибу или продавливанию).
Были проведены экспериментальные и численные исследования применительно к ребристым плитам перекрытии марки А-IV На наиболее невыгодное загружение полок сосредоточенной нагрузкой от колес электропогрузчика ЭВП-1.25 грузоподъемностью 1,5 т. Самым невыгодным загру- жением в данном случае является вариант с размещением переднего колеса электропогрузчика в середине поля полки плиты (по центру), передающего сосредоточенную нагрузку Р—16,4 кН, площадью следа А — 282 см2.
Испытывали две плиты с раздельным загружением крайних (торцевых) и средних (пролетных) полок (рис. 1). Причем для одной из них сосредоточенная нагрузка передавалась непосредственно на полки, а для другой — через подстилающий слой из керамзитобетона толщиной 70 мм. Закрепление плит на опорах соответствовало требованиям ГОСТ 8829, обеспечивая их свободные перемещения в продольном направлении и ограничивая — в поперечном.
Опытные плиты загружали гидродомкратом ДГ-25 мощностью 25 т, подключенным к автоматической станции «ХАПЦ», обеспечивающей постоянное давление в системе и фиксацию наступления текучести в арматуре.
Сосредоточенную нагрузку увеличивали ступенями от 16,4; 23,6; 29,5 до 37,8 кН до физического разрушения конструкции или текучести арматуры полки. В ходе экспериментов фиксировали прогибы продольных ребер и полок плит по линии действия сосредоточенной силы, а также ширину раскрытия трещин.
Плиты без керамзитобетонной подготовки. При загружении крайней полки плиты сосредоточенной нагрузкой первые радиальные трещины, определяющие излом таких конструкций при изгибе, образовались в зоне действия силы при Р=31,25 кН, превышающей контрольную нагрузку по прочности (Р = 29,5 кН). К этому моменту также развились наклонные трещины отрыва продольных ребер от торцевого с раскрытием трещин в последнем до аСГс = 0,1 мм. Наличие таких трещин практически не отразилось на жестокости полки, о чем свидетельствуют ее прогибы даже при высоких уровнях нагрузки (рис. 2). Так, максимальный прогиб, зафиксированный при Р = 37,5 кН, составил всего f — = 0,21 см (1/600 пролета полки).
Физическое разрушение крайней полки плиты произошло при нагрузке Реи = 54,68 кН вследствие продавливания — вдавливания стального нагрузочного штампа в бетон сжатой зоны и образования контура поверхности отрыва, по форме, близкой к поверхности усеченного конуса (рис. 3). Причем в момент продавливания предел текучести в арматуре полки не был достигнут.
Как видно, крайние полки имеют значительный запас прочности по отношению к действующей нагрузке, составляющей с учетом коэффициентов надежности по нагрузке и динамичности по СНиП 2.01.07—85 k = 1,44, Р,аы = 23,6 кН, с = Р/Р1 = 2,32 >1,6.
Испытания средней полки плиты показали, что характер ее деформирования аналогичен деформированию крайней полки с той лишь разницей, что процесс трещино- образования наступил несколько раньше при Р=29,38 кН. Естественно, что и ширина раскрытия этих трещин была больше, чем в крайней полке, которые, развиваясь по диагональным направлениям к опорному контуру полки, последовательно достигли 0,12 мм (Р= 32,8 кН) и 0,2 мм (Р = = 43,75 кН). Не составили исключения и трещины отрыва продольных ребер от поперечных, максимальная из которых при Р — = 56,25 кН частично прорезала по высоте тело поперечного ребра и составила в основании 0,3 мм.
Прогибы средней полки значительно превысили прогибы крайней (см. рис. 2), что вполне логично, если учесть расположение действующей нагрузки (в пролете, а не у опоры плиты), вызывающей общий прогиб плиты. «Чистый» прогиб средней полки относительно продольных ребер, определенный вычитанием из суммарного прогиба полки прогиба продольных ребер, практически не отличался от прогиба крайней полки (см. рис. 2). Следовательно, и их жесткость, характеризуемая прогибами, достаточно хорошо согласуется между собой.
При достижении опытной нагрузкой значения, соответствующего исчерпанию сопротивления продавливанию крайней полки (Реи = 54,68 кН), разрушения средней полки не произошло — конструкция сохраняла способность противодействовать приращению внешнего воздействия. Из этого следует, что несущую способность полок плит без конструкции пола на действие сосредоточенных Нагрузок определяют крайние полки.
Плита с керамзитобетонной подготовкой. Наличие керамзитобетонной подготовки привело к созданию промежуточного буфера между нагрузочным штампом и полками плиты. В связи с этим на начальных ступенях приложения нагрузки характер деформирования полок плиты полностью изменился по сравнению с работой полок плиты без набетонки.
Благодаря прослойке из керамзитобетона сосредоточенная нагрузка действует на полку как распределенная на некоторой площади, что приводит к разгрузке полок вследствие перераспределения усилий на другие элементы плиты: продольные (в первую очередь) и поперечные ребра.
Это подтверждается и первоначальным образованием нормальных трещин в продольных ребрах (волосные при Р = 30 кН), а не в полках, как в первой плите. Первые трещины в средней полке плиты и примыкающих к ней поперечных ребрах появились намного позже, на более высоком уровне нагружения (Р = 70 кН). При этой нагрузке трещины в продольных ребрах плиты достигли 0,15 мм, а их прогиб превысил чистый прогиб полки и составил 0,05 см (см. рис. 2).
Только с достигнутого уровня нагрузки средняя полка плиты начала работать по классической схеме — образование линий излома по диагональным направлениям развития трещин (рис. 4). С увеличением нагрузки до Реи= 100 кН последние преобразовались в линейные пластические шарниры, появление которых характеризовалось текучестью арматуры полки (рост прогибов без увеличения нагрузки) .
К характерным особенностям деформирования других элементов плиты в стадии исчерпания несущей способности средней полки следует отнести разворот продольных ребер из своей плоскости с развитием наклонных трещин в поперечных ребрах (см. рис. 4).
В отличие от плиты без керамзитобетонной подготовки, в которой наименьший запас прочности имели крайние полки, здесь наблюдаем обратную картину: несущая способность крайних полок выше средних. Загружение крайней полки нагрузкой, составляющей предельную для средней полки, не исчерпало сопротивления полки ее действию.
Из результатов испытаний следует, что конструкция пола (керамзитобетонная подготовка) намного повышает прочность полок ребристых плит перекрытий и исключает их хрупкое, более опасное для конструкций, разрушение от продавливания. В этом случае резерв прочности плит, определяемый прочностью средних полок, достигает значения c — Peu/Pfact = 4,24.
Численные исследования несущей способности полок плит перекрытий на изгиб при действии сосредоточенной нагрузки осуществляли на ЭВМ типа ЕС по программе «RASPOR», реализующей метод предельного равновесия с учетом деформированной схемы конструкции влияния распора и без него.
Основные результаты проведенных расчетов (см. таблицу) показали, что несущая способность полок плит, вычисленная с учетом усилий распора, значительно выше несущей способности полок, в которых этот фактор не учитывали, а их значения находятся в отношении Ps/Pred= 1,52.
Выводы
Несущая способность полок ребристых плит перекрытий без конструкции пола при кратковременном действии сосредоточенных нагрузок от напольного подвижного транспорта определяется прочностью на продавливание крайних„полок, а плит с конструкцией пола — образованием в средних полках линий излома по диагональным направлениям с текучестью арматуры.
Результаты проведенных исследований использовали при обосновании эксплуатационной пригодности перекрытий строящегося производственного корпуса ДОК № 7 в Киеве под подвижный транспорт (электропогрузчик ЭВП-1.25), что обеспечило возможность ввода в эксплуатацию корпуса без замены конструкций перекрытий или их усиления.
Бетон и железобетон, 1992 №11