Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Анонсы свежего номера журнала "Строительная инженерия"

Рассылка закрыта

Вы можете найти рассылки сходной тематики в Каталоге рассылок.

←   Май 2006   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Автор
Графинина Анна

Статистика

458 подписчиков
-3 за неделю
←   Все выпуски   →

Анонсы свежего номера журнала "Строительная инженерия". Архив


"Строительная инженерия" №5, май 2005

Расчет узлов сопряжения колонн с плоскими безбалочными перекрытиями

Андрей БОЛГОВ
инженер, м.н.с. лаборатории железобетонных конструкций и контроля качества НИИЖБ

Рациональным приемом при строительстве высотных зданий является дифференцированный выбор прочности бетона в несущих конструкциях (в колоннах и стенах - В50-В60 и выше, в перекрытиях - В25-В35). При этом требуется проверка прочности зоны плиты между колоннами.

В плитах перекрытий обычно применяется бетон прочностью В25-В35, колонны и стены выполняются из высокопрочного бетона классов В50-В60, хотя есть примеры применения бетонов классов В100-В120 и выше. Выгода такого подхода очевидна: уменьшаются размеры сечений колонн нижних этажей, на 10-20% сокращается расход арматуры в колоннах, снижается нагрузка на фундаменты и основание от собственного веса здания.

Существуют два конструктивных решения узлов сопряжений колонн из высокопрочного бетона с плоской безбалочной плитой перекрытия. Первый - часть плиты изготавливают из бетона той же прочности, что и колонны. Второй - из бетона разной прочности (рис. 1).

Применение узлов первого типа заметно затруднено: усложняется технология бетонирования из-за необходимости выполнения вблизи узла сопряжения вертикальных швов бетонирования в плите. Поэтому сегодня основное внимание уделяется изучению узлов сопряжения колонн с перекрытиями второго типа.

рис1.Конструктивные решения узлов сопряжения плит перекрытия с колоннами из высокопрочного бетона
а) из бетона разной прочности; б) из бетона одной прочности.


При использовании высокопрочного бетона в колоннах, помимо проверки прочности опорных зон плиты на продавливание, требуется выполнить расчет узлов сопряжения на сжатие со стороны верхних колонн.

В отечественных нормах проектирования расчет узлов сопряжения на сжатие со стороны верхних колонн отсутствует.

Существуют экспериментальные данные работы этих узлов и предложения по расчету, выполненные зарубежными специалистами.

Для получения дополнительных данных о работе узлов сопряжения с разной прочностью бетона, лаборатория железобетонных конструкций и контроля качества НИИЖБ провела экспериментальные и теоретические исследования.

Экспериментальные исследования выполнялись на моделях узлов, представляющих собой "сэндвич-колоннны" из высокопрочного бетона с прослойками из обычного бетона, моделирующие слой плиты перекрытия (рис. 2). Средняя прочность бетона колонн Rb = 56,8МПа, прослойки Rb = 26,8МПа. Образцы армировались продольной арматурой 4 12А400 и хомутами 5В500, часть образцов имели продольную арматуру колонн 4 12Ат1000.

Исследовалось влияние на несущую способность изменения отношения высоты прослойки к стороне колонны (h/с), наличия поперечной арматуры в узле и высокопрочной арматуры в колоннах.

Проведенные эксперименты позволили получить детальное представление и понять механизм разрушения исследуемых узлов сопряжения. Были определены два возможных механизма разрушения: хрупкое разрушение колонн вследствие возникающих напряжений растяжения по контакту с бетоном прослойки с низким модулем упругости и пластичное разрушение прослойки. Установлено положительное влияние хомутов на работу узлов, а так же возможность применения в колоннах высокопрочной арматуры класса Ат1000.

Теоретические исследования узлов выполнялись при помощи программного комплекса "Лира 5.03" [1], реализующей метод дискретизации сплошной среды - метод конечных элементов.

Модель узлов составлялась из объемных и стержневых конечных элементов, моделирующих бетон и арматуру соответственно. Для учета физически-нелинейных свойств материалов использовались квазиизотропная модель деформирования бетона Максименко В.П.[2] и кусочно-линейная диаграмма деформирования арматуры.

Рис. 3. Эффективная прочность бетона плиты по данным расчета на КЭ модели и данным натурных испытаний
Предварительно была выполнена проверка модели с экспериментальными данными имеющихся натурных испытаний узлов сопряжения, выполненных зарубежными авторами [3-5]. На рис. 3 показаны результаты сравнения исследований несущей способности узлов, полученных на конечно-элементной модели с опытными данными. Сравнение проводилось по величине "эффективной прочности" бетона плиты, вычисляемой по формуле:

(1)
где Pэксп - разрушающая нагрузка на верхней колонне;
Аcol - площадь сечения верхней колонны узла;
Аs, Rs - площадь сечения и предел текучести продольной арматуры колонн.

В численном эксперименте изучалось влияние на несущую способность отношения прочности бетона колонн и плиты (Rbcol/Rbp1), отношения (h/c), наличия хомутов в узле.

По результатам экспериментов и ранее проведенных опытов было установлено, что в момент разрушения в бетоне плиты между колоннами возникают деформации сжатия, значительно превосходящие деформации бетона при одноосном сжатии, это позволяет эффективно применять высокопрочную арматуру в узле. Поэтому в численном эксперименте было исследовано влияние класса продольной арматуры колонн на несущую способность узлов.

Как показал численный анализ работы узлов, эффективность применения высокопрочной арматуры неодинакова: если для промежуточных узлов сопряжения применение арматуры класса Ат1000 вместо А400 позволяет повысить несущую способность в 1,3-1,4 раза, для крайних колонн в 1,2 раза, то для угловых узлов ее применение не оказывает значительного влияния.

Причиной тому являются отличия в механической работе узлов. Разрушение угловых узлов носит хрупкий характер, арматура в момент разрушения не достигает текучести. Такой же эффект возникает и в случае применения в колоннах крайних и угловых узлов арматуры класса Ат1000.

В результате численного эксперимента была определена прочность бетона , подобраны зависимости Rbe от отношений Rbcol/Rbp1 и h/c при классе продольной арматуры колонн А400 и Ат1000 для промежуточных, крайних и угловых узлов.

Рис. 4. Поверхность эффективной прочности промежуточного узла с арматурой колонн класса А400.
На рис. 4 показан график зависимости Rbe от Rbcol/Rbp1 и h/c. Прочность бетона промежуточного узла Rbe предлагается определять по формуле 2. Аналогичные зависимости были получены для крайних и угловых узлов.

(2)

На основе экспериментальных и теоретических исследований были разработаны предложения по расчету несущей способности узлов, а так же требования по конструированию, основные положения которых заключаются в следующем:

  • расчет несущей способности узлов сопряжения (состоящих из бетона разной прочности) на сжатие необходимо выполнять, как для центрально-сжатых элементов с площадью, равной площади сечения верхней колонны. При этом в качестве характеристики прочности бетона следует принимать "эффективную прочность" узла Rbe;
  • при расчете угловых узлов напряжения в арматуре колонн должны определятся из расчета по методу приведенного сечения;
  • допускается повышать несущую способность промежуточных и крайних узлов, применяя в качестве продольной арматуры колонн в узле арматуру класса Ат1000, при этом напряжения в арматуре крайних узлов должны определяться из расчета по методу приведенного сечения;
  • размеры сечений колонн и плит должны быть такими, что бы отношение h/c было не менее 0,38 и не более 1,25;
  • расстояние между хомутами колонны в зоне плиты должно быть не более и не более 100 мм, а их количество не менее 3, где - диаметр продольной арматуры колонн;
  • расстояние между хомутами в колоннах в зоне на расстоянии от плиты перекрытия должно быть не более и не более 200 мм.

Выводы:

  1. При использовании бетона разной прочности в колоннах и перекрытиях, помимо расчета плиты на продавливание, требуется выполнять расчет на сжатие со стороны верхних колонн.
  2. Экспериментальные исследования показывают, что использование высокопрочной арматуры в колоннах вместо обычной и наличие поперечной арматуры в узле повышает несущую способность колонн.
  3. Сравнение результатов расчета несущей способности узлов при помощи численной конечно-элементной модели с опытными данными показали хорошее совпадение и возможность ее использования в дальнейших исследованиях.
  4. Предложенные зависимости по расчету узлов на сжатие и конструктивные требования, разработанные на основе натурных экспериментов и численного моделирования, позволяют применять бетон разных классов в колоннах и перекрытиях.

Постоянный адрес статьи http://stroing.ru/161

Новости

  • Подписная компания - на второе полугодие 2006 года на журнал "Строительная Инженерия " продолжается.. подробнее>>
  • Напоминаем, что вы всегда можете подписаться на Электронную версию журнала - получив в качестве бонуса доступ к трем последним архивным номерам подробнее>>
В избранное