Разделы сайта:

Главная

История бетона

Состав бетона

Водонепроницаемый бетон

Монолитный бетон

Электропроводный бетон

Железобетон

Полимербетон

Добавки в бетон

Материалы для бетонной смеси

Специальные цементы

Заполнители бетона

Производство цемента

Бетон и железобетон

ШУГАЕВ В.В., СОКОЛОВ Б.С., ПАСХИНДВ. Разработка и исследование сборного большепролетного покрытия из железобетонных панелей-оболочек

В настоящее время в НИИЖБе проведены необходимые исследования и готовится проект сводчатых покрытий, состоящих из трех и более панелей- оболочек КЖС, с целью увеличения перекрываемых пролетов зданий до 52-90 м. Создание большепролетного сводчатого покрытия стало возможным в результате использования металлической пространственной связевой системы, соединившей между собой панели-оболочки не только в поперечной вертикальной плоскости, но и по длине свода [3]. Такое покрытие, опирающееся по продольным краям на балки или фермы (1) и по ширине состоящее из трех сборных железобетонных панепе-оболочек КЖС (2), представлено на рис. 1. Оно включает в себя затяжки (3), соединяющие наружные края свода и связевую систему, состоящую из наклонных стержней (4 и 6), образующих пространственную конструкцию в виде треугольной решетки, в узлах соединения которой размещены трубчатые стойки (5), оборудованные напрягающим устройством. Наклонные стержни (4) соединены между собой и закреплены между торцами каждой второй панели по длине покрытия с образованием в плане ромбической системы связей.

Пространственная система, образованная указанной системой связей, обеспечивает повышенную жесткость сводчатого покрытия, что позволяет располагать затяжки, воспринимающие распор, в швах не каждой панели, как это принято в плоскостной арочной системе, а в швах каждой второй панели. Такая связевая система обеспечивает высокую степень устойчивости конструкции, способствует перераспределению усилий, особенно при односторонней нагрузке на покрытие, а также сохранению несущей способности конструкции при непредвиденном выходе из строя какого-либо элемента.

Для образования шарнирного соединения панелей-оболочек между собой и с опорными элементами по их торцам установлены специальные закладные детали с отверстием, приваренные к рабочим арматурным стержням диафрагм панелей-оболочек. В совпадающие отверстия закладных деталей соседних плит вставляют металлический стержень, играющий роль шарнира.

Расчеты свода, приведенного на рис. 1, выполнены методом конечных элементов (МКЭ) с использованием программного комплекса для расчета пространственных конструкций на прочность, устойчивость и колебания «ING+ 2006» в составе программ MicroFe и Статика.

Расчеты выполнялись на различные сочетания нагрузок, включающие симметричную и несимметричную снеговые нагрузки, интенсивность которых принята в соответствии с действующими нормами [4] для покрытий сегментного очертания. Снеговая нагрузка составляет 28% от полной, включающей собственный вес свода. В расчетах принимался сниженный модуль деформаций бетона Е ь т, учитывающий влияние ползучести, рассчитанный по рекомендациям СП [5].

Из расчета следует, что максимальный прогиб в центре свода достигает 10,41 см, а при несимметричной снеговой нагрузке он составил 8,22 см в узле между крайней и средней панелями. В обоих случаях прогиб меньше 1/400 пропета, являющейся предельной величиной по требованиям Руководства [2].

Максимальное усилие в средних затяжках, воспринимающих распор системы, наблюдалось при симметричном нагружении и составило 1484,25 кН. Расчет показал, что при симметричном нагружении все элементы пространственной системы оказались растянутыми. При несимметричном нагружении в наклонных стержнях треугольной решетки возможно появление небольших сжимающих усилий, что недопустимо. Для их исключения в стержневых элементах (4) в процессе сборки монтажных элементов свода с помощью трубчатых стоек 5 (см. рис. 1), оборудованных напрягающим устройством, создаются предварительные растягивающие усилия, по величине превышающие возможные усилия сжатия.

Аналогичные сжимающие усилия в стержневых элементах (6) создаются с помощью встроенного напрягающего устройства, например, талрепа.

Расчеты показали, что при всех нагружениях сборные железобетонные панели свода остаются сжатыми. На рис. 2, б, в ,г приведены значения нормальных напряжений вдоль несущих ребер свода, а на рис. 2, а - конечно-элементная модель для половины свода. На рис. 2, б приведены значения нормальных напряжений вдоль ребра, упирающегося в затяжку (сечение 1-1 на рис. 2, а). На рис. 2, в приведены значения нормальных напряжений, относящихся к ребрам, расположенным между затяжками (сечение 2-2 на рис. 2,а). Из рис. 2 видно, что за счет изгибающих моментов сжимающие напряжения на верхней поверхности ребер больше, чем на нижней. Максимальные напряжения в средней части ребер на верхней поверхности не превышают 4,5 МПа. Сжимающие напряжения увеличиваются в зоне расположения шарниров. У верхнего шарнира напряжения достигают 9,9 МПа, а у опорного (в сечении 1-1)- 12,05 МПа. Указанные напряжения не превышают расчетных для бетона классов В25-30 (RB = 14,5 - 17,0 МПа). В полке плит максимальные напряжения наблюдаются в средней зоне верхней плиты (см. сечение 3-3 на рис. 2, а и рис. 2, г) и по величине не превышают 4,2 МПа. В целом расчеты показали, что большепролетный свод обладает необходимым запасом прочности и устойчивости.

Для проверки правильности принятых при проектировании расчетных положений было проведено испытание физической модели подобной натурной конструкции большепролетного свода, представленной на рис. 1, в масштабе 1 :15. В поперечном направлении натурная конструкция включает в себя три панели- оболочки КЖС размером 3x18 м. Из 18 моделей пане- лей-оболочек размером 20x120 см с шарнирными узлами соединения между ними, четырех затяжек и пространственной связевой системы была собрана модель большепролетного свода, представленная на рис. 3. Для изготовления сборных элементов модели свода был выполнен подбор состава специального бетона с пониженным модулем и прочностью на сжатие для снижения нагрузок, прикладываемых к модели.

Модель загружали распределительным устройством, которое с помощью двух гидравлических домкратов позволило осуществлять как симметричное, так и несимметричное загружение. Испытание модели подтвердило необходимую прочность, жесткость и устойчивость разработанной конструкции большепролетного свода из панелей-оболочек КЖС. Разрушение модели произошло при нагрузке, превышающей расчетную в 1,9 раза в зоне, примыкающей к шарнирному соединению крайней и средней панелей.